عظمت راه شیری

به گزارش اقتصادآنلاین به نقل از فرادید، در این جهان پهناور، ساده است که احساس کنیم کوچک و بی اهمیت هستیم، گویی در مورد سیاره، ستاره و کل همسایگی آسمانی ما هیچ نکته ویژه‌ای وجود ندارد. حقیقت این است که خورشید صرفا یکی از صد‌ها میلیارد ستاره‌ای است که در کهکشان راه شیری وجود دارند. پس چه داریم که به آن بنازیم؟
البته ظاهرا اخترشناسان مدت هاست که می‌دانند کهکشان ما به نوعی استثنائی است. به گفته جاس بلند-هوتورن (J.Bland-howthorn)، اخترشناس دانشگاه سیدنی، راه شیری صرفا به لحاظ اندازه، در میان یک درصد برتر تمام کهکشان‌ها قرار دارد. بلند-هوتورن در مقاله‌ای که سال ۲۰۱۶ همراه با اورتوین گرهارد (O.Gerhard)، اخترفیزیک دان موسسه فیزیک فرازمینی ماکس پلانک، در ژورنال «سالنامه اخترشناسی و اخترفیزیک» منتشر شد، گزارش جامعی از آمار و ارقام کلیدی مربوط به کهکشان راه شیری را ارائه کرد.

بر اساس ارزیابی‌های او جرم راه شیری چیزی بین ۱ تا ۶/۱ تریلیون برابر جرم خورشید است که باعث می‌شود در مقایسه با اکثریت غالب همتایانش ۱۰ تا یک میلیون برابر سنگین‌تر و همچنین بسیار درخشان‌تر باشد.
با این حال این شکوه و عظمت به هیچ وجه واضح نیست. وقتی با تلسکوپ سایر کهکشان‌ها را رصد کنید، می‌بینید که بیشتر آن‌ها به لحاظ جرم و درخشندگی کم وبیش هم سنگ کهکشان خودمان هستند. شاخص‌ترین نمونه‌های قابل اشاره از این دست، کهکشان‌های «آندرومدا» و «گرداب» (Whirpool) هستند.

اما نکته کلیدی ماجرا این است که این کهکشان‌های شاخص و مشهور درست به اندازه کهکشان ما نور می‌تابند که باعث می‌شود حتا در امتداد مسافت‌های پهناور نیز به‌راحتی دیده شوند. به همین علت است که راه شیری یک کهکشان متوسط به نظر می‌رسد در حالی که در واقع یک هیولای غول پیکر است.

قضاوت کردن در مورد کهکشان‌ها بر اساس غول‌های نادر مثل مقایسه مردم با افراد مشهوری است که اسم شان را روی جلد نشریات می‌بینید. چه در مورد مردم و چه در مورد کهکشان ها، احتمالا با بررسی نزدیک‌ترین همسایه‌ها می‌توانید به نمونه‌هایی دست یابید که واقعیت را بهتر نمایندگی می‌کنند.
کهکشان‌های جدید همسایه
اخترشناسان برای اینکه ببینند راه شیری در کجای طیف وسیع کهکشان‌ها جا می‌گیرد باید تمام انواع کهکشان‌های موجود، از درخشان گرفته تا کم فروغ، را پیمایش کنند. ساده‌ترین راه انجام چنین کاری این است که به همسایگی نزدیک خودمان چشم بدوزیم، جایی که در آن می‌توانیم حتا کم فروغ‌ترین و نحیف‌ترین کهکشان‌ها را نیز شناسایی کنیم. این جست وجو در سال‌های اخیر منجر به انفجاری در تعداد کهکشان‌های شناخته شده در همسایگی ما شده است.
سرآغاز روشن‌تر شدن تصویر همسایگی کهکشانی ما به سال ۱۹۳۸ و زمانی برمی گردد که هارلو شاپلی (H.Shapley)، اخترشناس دانشگاه هاروارد، سهوا نخستین گام را در راستای ویران کردن این تصور برداشت که راه شیری یک کهکشان متوسط است.

شاپلی موقع نگاه کردن به یک لوح عکاسی از صورت فلکی جنوبی «سنگ تراش» (Sculptor) متوجه یک لکه کم نور شد. در ابتدا فکر کرد صرفا جای انگشت روی لوح یا یک ایراد دیگر باشد، اما در دومین لوح عکاسی مربوط به صورت فلکی سنگ تراش نیز دوباره همان لکه مشهود بود.

مدتی بعد، شاپلی لکه کم نور مشابه دیگری را نیز در صورت فلکی «کوره» (Fornax) پیدا کرد. این لکه‌های کم نور در صورت‌های فلکی سنگ تراش و کوره در واقع نوع جدیدی از کهکشان‌ها بودند: کهکشان‌های شبح واری که اکنون اخترشناسان به آن‌ها «کره وار‌های کوتوله» (dwarf spheroidal) می‌گویند.

این کهکشان‌های کم نور و متفرق را که ستاره‌های شان به شدت پراکنده و دور از هم هستند، از طریق تلسکوپ دقیقا معلوم نمی‌شوند. هر دو موردی که شاپلی مشاهده کرده بود، در نزدیک‌ترین همسایگی کهکشانی ما قرار دارند. در واقع این دو کره وار کوتوله به حدی نزدیک به راه شیری هستند که عملا درست مانند قمر‌های یک سیاره به دور کهکشان ما می‌چرخند و می‌توانیم آن‌ها را کهکشان‌های اقماری خودمان بدانیم. کره وار کوتوله سنگ تراش ۲۸۰ هزار سال نوری و کره وار کوتوله کوره ۴۵۵ هزار سال نوری با زمین فاصله دارد. این دو کهکشان در مقایسه با راه شیری به شکلی باورنکردنی کم نور هستند.

کهکشان ما ۳۰ میلیارد برابر خورشید نور ساطع می‌کند، اما درخشندگی کوره و سنگ تراش به ترتیب ۱۹ و ۸/۱ میلیون برابر درخشندگی خورشید است. در دهه‌های پس از کشف شاپلی، اخترشناسان کهکشان‌های کره وار کوتوله بیشتری را هم کشف کردند که به دور راه شیری می‌چرخند. با بهبود و ارتقاء فناوری، کشفیات جدید پیوسته کوچک‌تر و قطعی‌تر شدند.

برای مثال موردی که در سال ۱۹۹۰ به عنوان یک کره وار کوتوله جدید در صورت فلکی «سدس» (Sextans) کشف شد، به حدی مفلوک بود که اخترشناسان برای معلوم کردنش روی لوح عکاسی از کامپیوتر استفاده کردند. به گفته مایک اروین (M.Irwin)، اخترشناس دانشگاه کمبریج «بدون کامپیوتر، هیچ راهی برای پیدا کردن سدس وجود ندارد. دیدنش با چشم تقریبا ناممکن است.»

در واقع کامپیوتر توانسته بود تمرکز بسیار نامحسوسی از ستاره‌ها را در لوح عکاسی تشخیص دهد که در فاصله یکسانی از زمین با سرعت یکسانی حرکت می‌کنند. این مجموعه ستاره‌ها متعلق به کهکشان بسیار کم فروغی است که در فاصله ۳۱۰ هزار سال نوری از زمین قرار دارد.
کره وار کوتوله سدس دهمین کهکشانی بود که کشف شد به دور راه شیری می‌چرخد. به این ترتیب در سال ۱۹۹۰ معلوم شد که کهکشان ما در واقع قطب یک امپراطوری شامل ۱۱ کهکشان شناخته شده است: خودش، ۸ کره وار کوتوله، و دو کهکشان اقماری بزرگ‌تر و درخشان‌تر به نام ابر‌های ماژلانی بزرگ و کوچک.

این بزرگ‌ترین و دقیق‌ترین نقشه سه‌بعدی از کهکشان ماست که توسط رصدخانه فضایی گایا متعلق به آژانس فضایی اروپا و با پیمایش آسمان از مدار زمین تهیه شد. این تصویر نمای تمام-آسمان از کهکشان راه شیری را نشان می‌دهد که بر اساس اندازه‌گیری بیش از ۱،۷ میلیارد ستاره به دست آمده است
ظهور کهکشان‌های فراکم فروغ
در سال ۲۰۰۵ و پس از جست وجو‌های دقیقی که در پهنه‌های وسیعی از آسمان انجام شد، نوع جدیدی از کهکشان کشف شد و در نتیجه تعداد قمر‌های راه شیری به یک‌باره افزایش چشمگیری پیدا کرد. اخترشناسان برای این نوع جدید کهکشان‌ها که حتا از کره وار‌های کوتوله نیز کوچک‌تر و کم نورتر هستند، عنوان «کوتوله‌های فراکم فروغ» را انتخاب کردند.

جاش سایمن (J.Simon)، اخترشناس رصدخانه کارنگی در کالیفرنیا، در سالنامه اخترشناسی و اخترفیزیک ۲۰۱۹ می‌نویسد: «با احتساب این منظومه‌های فراکم فروغ، تعداد کهکشان‌های اقماری شناخته شده راه شیری به بیش از ۵۰ می‌رسد.» بیشتر آن‌ها کوتوله‌های فراکم فروغ هستند و درخشش مجموع تمام این کهکشان‌های اقماری از راه شیری کم‌تر است.

سایمن سال گذشته کشف شگفت انگیزی کرد که نشان می‌دهد باید کهکشان‌های اقماری بسیار بیشتری وجود داشته باشند. سایمن در واقع پس از نقشه برداری از موقعیت کهکشان‌های فراکم فروغ در مدار‌های شان به دور راه شیری، به این نتیجه رسید که این همه ماجرا نیست.

درست مثل هر سیاره‌ای که در یک مدار بیضوی به دور خورشید می‌چرخد، هریک از قمر‌های راه شیری نیز در مداری بیضوی به دور مرکز کهکشانی می‌چرخند؛ و درست همان طور که گرانش باعث می‌شود سیاره‌ها هرچه به خورشید نزدیک‌تر می‌شوند با سرعت بیشتری بچرخند، کهکشان‌های اقماری هم در نزدیکی راه شیری سرعت می‌گیرند و در دوردست‌ها کندتر می‌شوند. در نتیجه، در هر زمان مفروضی بیشتر کهکشان‌های اقماری باید درحال پرسه زدن در حوالی دورترین نقاط مدار‌های شان باشند.
اما سایمن دریافت که درست برخلاف انتظار، بیشتر ۱۷ قمر کوتوله فراکم فروغی که او بررسی کرده بود در حوالی نزدیک‌ترین نقطه مدارشان قرار داشتند. به باور او طبیعی‌ترین تبیین ممکن این است که آنچه دانشمندان مشاهده می‌کنند در واقع صرفا کسر کوچکی از انبوه پرشمار کهکشان‌های فراکم فروغ است که به دور راه شیری می‌چرخند و بیشتر آن‌ها در حوالی دورترین نقاط مداری شان هستند. اما با توجه به دور بودن آن‌ها دیدن شان نیز دشوارتر است و به باور سایمن به همین علت است که تاکنون کشف نشده اند.
واسیلی بلوکروف (V.Belokurov)، اخترشناس دانشگاه کمبریج که گروه تحت نظر او بسیاری از این کهکشان‌های کوچک کم فروغ را شناسایی کرده است، می‌گوید: «فکر می‌کنم ظرف ۱۰ سال آینده تعداد کهکشان‌های اقماری به شدت افزایش یابد.» او معتقد است راه شیری در مجموع باید حدود ۲۰۰ قمر داشته باشد.

حتا بر اساس محافظه کارانه‌ترین تخمین‌ها تعداد این قمر‌ها باید نزدیک به ۱۰۰ باشد و به همین علت است که سایمن می‌گوید راه شیری به عنوان یک نمونه کهکشانی برجسته در میان یک درصد برتر قرار می‌گیرد. به بیان دیگر تمام ۹۹ درصد کهکشان‌های باقی مانده منظومه‌های کوچک تر، کم فروغ‌تر و کم جرم تری هستند که در برابر زادگاه کهکشانی ما حرفی برای گفتن ندارند. اما اگر آنطور که بلوکروف می‌گوید تعداد این قمر‌ها ۲۰۰ باشد، آن وقت ما جزء نیم درصدی‌های برتر خواهیم بود.
به زبان ساده، ظاهرا ما در کهکشانی زندگی می‌کنیم که بسیار بزرگ تر، درخشان‌تر و پرجرم‌تر از بیشتر کهکشان‌های جهان است؛ و به احتمال فراوان برای بیشتر اشکال دیگر حیات در جهان نیز اوضاع به همین منوال است، البته اگر وجود داشته باشند.

در واقع علت این مساله این است که کهکشان‌های کوچکی که فراوانی شان در کیهان زیاد است ستاره‌های کمتری دارند؛ تعداد ستاره‌های کهکشان راه شیری از مجموع ستاره‌های موجود در کل کهکشان‌های اقماری اش بسیار بیشتر است.

به بیان ریاضی اگر فرض کنیم هر ستاره دقیقا یک سیاره کاملا مشابه زمین و مملو از حیات داشته باشد، به احتمال فراوان بیشتر موجودات زنده جهان مقیم کهکشان‌هایی هستند که بسیار فراتر از حد متوسط هستند؛ بنابراین دفعه بعدی که سوار بر کهکشان پیمای جدیدتان در فضای میان کهکشانی ویراژ می‌دهید، یادتان باشد در مواجهه با هر موجود بیگانه‌ای که خارج از راه شیری می‌بینید، می‌توانید به او فخر بفروشید که اهل یک کهکشان غول آسا هستید.
جهشی که مرز‌های جهان را جابه‌جا کرد
ادوین هابل در سال ۱۹۲۵ به کمک تلسکوپ ۵/۲ متری هوکر در نیومونت ویلسون که در آن زمان بزرگ‌ترین بود، سدشکنی چشمگیری انجام داده بود (در مقایسه، ما اکنون تلسکوپ‌هایی می‌سازیم که به لحاظ قطر ده برابر و به لحاظ مساحت ۱۰۰ برابر بزرگ‌تر از تلسکوپ هوکر هستند).

تا آن زمان اخترشناسان با استفاده از تلسکوپ‌های موجود می‌توانستند تصاویری مبهم از اجرامی را تشخیص دهند که گویی صرفا ستاره‌های ساده‌ای در کهکشان ما نبودند. اسم شان را سحابی (Nebula) گذاشتند، که در اصل معادل لاتین «چیز مبهم» یا «ابر» است. اما بحث اصلی اخترشناسان سر این بود که آیا این اجرام درون کهکشان ما هستند یا بیرون آن.
چشم انداز غالب از جهان ما در آن زمان این بود که کهکشان ما همه آن چیزی است که وجود دارد و به همین علت بیشتر اخترشناسان به رهبری اخترشناس مشهور هارلو شاپلی (H.Shapley) در جبهه موافقان «درون کهکشان ما» قرار داشتند. شاپلی پنجم دبستان مدرسه را رها کرد و خودش درس خواند و در نهایت به دانشگاه پرینستون رفت. او با انتخاب نخستین موضوعی که بر اساس حروف الفبا در برنامه آموزشی دانشگاه به چشمش خورد، تصمیم گرفت اخترشناسی بخواند.

شاپلی در نخستین کارش نشان داد که راه شیری بسیار بزرگ‌تر از چیزی است که پیش از آن پنداشته می‌شد و خورشید نه تنها در مرکز آن نیست بلکه در گوشه‌ای دورافتاده و کاملا معمولی از کهکشان قرار دارد. او وزنه‌ای سنگین در اخترشناسی به شمار می‌رفت و از این رو دیدگاه‌های او درباره ماهیت سحابی ها، نفوذ چشمگیری بر سایرین داشت.
در روز سال نوی ۱۹۲۵ هابل نتایج بررسی‌های دوساله اش درباره سحابی‌های مارپیچ را منتشر کرد، همان سحابی‌هایی که او توانست در آن‌ها نوعی از ستاره‌های متغیر موسوم به ستاره متغیر قیفاووسی (Cepheid Variable Star) را شناسایی کند. در واقع سحابی‌ای که امروز به کهکشان آندرومدا شهرت دارد نیز جزء این نوع از سحابی‌ها است.
ستاره‌های متغیر قیفاووسی که نخستین بار در ۱۷۸۴ رصد شدند، ستاره‌هایی هستند که درخشندگی شان در طول دوره‌های نسبتا منظمی تغییر می‌کند. در سال ۱۹۰۸ هنریتا سوان لویت (H.Levitt)، اخترشناسی گمنام و دختر یک کشیش کلیسای محلی، کشف شگفت انگیزی انجام داد.

او متوجه شد که میان درخشندگی ستاره‌های قیفاووسی و دوره‌های تغییر آن‌ها ارتباط منظمی وجود دارد؛ بنابراین اگر کسی می‌توانست فاصله یک ستاره قیفاووسی تا زمین را در دوره‌ای مشخص تعیین کند (که در سال ۱۹۱۳ تعیین شد)، می‌توانست با اندازه گیری درخشندگی سایر ستاره‌های قیفاووسی مربوط به همان دوره، فاصله تمام آن ستاره‌ها را تا زمین تعیین کند.
هابل با استفاده از اندازه گیری هایش در مورد ستاره‌های قیفاووسی و رابطه دوره-درخشندگی لویت توانست به صورت قطعی اثبات کند که ستاره‌های قیفاووسی در آندرومدا و چندین سحابی دیگر بسیار دورتر از آن هستند که درون راه شیری باشند.

به این ترتیب کشف شد که آندروما باید جهان جزیره‌ای دیگری باشد، کهکشان مارپیچ دیگری تقریبا شبیه به کهکشان ما، و یکی از بیش از ۱۰۰ میلیارد کهکشان دیگری که امروز می‌دانیم در جهان مرئی وجود دارند. نتایج هابل به حدی صریح و واضح بود که جامعه اخترشناسی – از جمله شاپلی که اتفاقا در آن زمان مدیر رصدخانه کالج هاروارد شده بود، همان جایی که لویت کار بنیادی اش را در آنجا انجام داد – بی درنگ این حقیقت را پذیرفت که راه شیری تمام آن چیزی نیست که گرداگرد ما وجود دارد.

به یک‌باره و تنها در یک جهش، ابعاد جهان شناخته شده به اندازه‌ای بسیار بیش از آنچه برای قرن‌ها تصور می‌شد وسعت یافت، چهره اش و تقریبا همه چیز آن دگرگون شد.