26: المجرات

Last updated
Save as PDF

Page ID: 197474

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

في الفصل الأخير، استكشفنا مجرتنا الخاصة. ولكن هل هي الوحيدة؟ إذا كان هناك آخرون، فهل هم مثل درب التبانة؟ كم يبعدون؟ هل يمكننا رؤيتهم؟ كما سنتعلم، يتبين أن بعض المجرات بعيدة جدًا لدرجة أن ضوءها استغرق مليارات السنين حتى يصل إلينا. يمكن لهذه المجرات البعيدة أن تخبرنا كيف كان الكون عندما كان صغيرًا.

في هذا الفصل، نبدأ استكشاف عالم المجرات الواسع. مثل السياح من بلدة صغيرة يقومون بزيارتهم الأولى إلى المدن الكبرى في العالم، سنذهول بجمال وتنوع المجرات. ومع ذلك، سوف ندرك أن الكثير مما نراه لا يختلف كثيرًا عن تجاربنا في المنزل، وسوف نعجب بمدى قدرتنا على التعلم من خلال النظر إلى الهياكل التي تم بناؤها منذ فترة طويلة.

نبدأ رحلتنا بدليل لخصائص المجرات، كما يبدأ السائح بدليل للسمات الرئيسية للمدن على خط سير الرحلة. في فصول لاحقة، سننظر بعناية أكبر في التاريخ الماضي للمجرات، وكيف تغيرت بمرور الوقت، وكيف اكتسبت أشكالها المختلفة. أولاً، سنبدأ رحلتنا عبر المجرات بالسؤال: هل مجرتنا هي الوحيدة؟

26.1: اكتشاف المجرات
ظهرت مجموعات النجوم الخافتة وسحب الغاز المتوهج والمجرات كلها كبقع خافتة من الضوء (أو السديم) في التلسكوبات المتاحة في بداية القرن العشرين. فقط عندما قام هابل بقياس المسافة إلى مجرة أندروميدا باستخدام متغيرات السيفيد مع العاكس العملاق البالغ طوله 2.5 متر على جبل ويلسون في عام 1924، تم إثبات وجود مجرات أخرى مشابهة لمجرة درب التبانة من حيث الحجم والمحتوى.
26.2: أنواع المجرات
معظم المجرات الساطعة هي إما حلزونات أو بيضاوية. تحتوي المجرات الحلزونية على كل من النجوم القديمة والصغيرة، وكذلك المادة بين النجوم، ولها كتل نموذجية في حدود 109 إلى 1012 mSun. مجرتنا الخاصة هي دوامة كبيرة. الأنظمة الإهليلجية هي أنظمة كروية أو ممدودة قليلاً تتكون بالكامل تقريبًا من نجوم قديمة، مع القليل جدًا من المادة بين النجوم. تتراوح المجرات الإهليلجية في الحجم من عمالقة، أكبر حجمًا من أي حلزوني، وصولاً إلى الأقزام، حيث تبلغ كتلتها حوالي 106 mSun فقط.
26.3: خصائص المجرات
يتم تحديد كتل المجرات الحلزونية من خلال قياسات معدلات دورانها. يتم تقدير كتل المجرات الإهليلجية من خلال تحليلات حركات النجوم داخلها. يمكن تمييز المجرات بنسب الكتلة إلى الضوء. عادةً ما تتراوح نسب الكتلة إلى الضوء في الأجزاء المضيئة من المجرات ذات التكوين النجمي النشط من 1 إلى 10؛ عادةً ما تحتوي الأجزاء المضيئة من المجرات الإهليلجية على نسب كتلة إلى ضوء من 10 إلى 20.
26.4: مقياس المسافة خارج المجرة
يحدد علماء الفلك المسافات إلى المجرات باستخدام مجموعة متنوعة من الطرق، بما في ذلك علاقة الفترة واللمعان للمتغيرات السيفولية؛ والأجسام مثل المستعرات الأعظمية من النوع Ia، والتي تبدو وكأنها مصابيح قياسية؛ وعلاقة Tully-Fisher، التي تربط خط توسيع إشعاع 21 سم بـ لمعان المجرات الحلزونية. كل طريقة لها قيود من حيث دقتها، وأنواع المجرات التي يمكن استخدامها بها، ونطاق المسافات التي يمكن تطبيقها عليها.
26.5: الكون المتوسع
الكون يتوسع. تُظهر الملاحظات أن الخطوط الطيفية للمجرات البعيدة تتغير إلى اللون الأحمر، وأن سرعات ركودها تتناسب مع مسافاتها عنا، وهي علاقة تُعرف باسم قانون هابل. يبلغ معدل الركود، الذي يسمى ثابت هابل، حوالي 22 كيلومترًا في الثانية لكل مليون سنة ضوئية. نحن لسنا في مركز هذا التوسع: فالراصد في أي مجرة أخرى سيرى نفس نمط التوسع الذي نقوم به. التوسع الذي وصفه Hub
26.E: المجرات (تمارين)

الصورة المصغرة: المجرة الحلزونية. NGC 6946 هي مجرة لولبية تُعرف أيضًا باسم «مجرة الألعاب النارية». تقع على مسافة حوالي 18 مليون سنة ضوئية، في اتجاه كوكبي Cepheus و Cygnus. تم اكتشافه من قبل ويليام هيرشل في عام 1798. تبلغ مساحة هذه المجرة حوالي ثلث حجم درب التبانة. لاحظ على اليسار كيف تتغير ألوان المجرة من الضوء الأصفر للنجوم القديمة في الوسط إلى اللون الأزرق للنجوم الساخنة الشابة والوهج المحمر لسحب الهيدروجين في الأذرع الحلزونية. كما تظهر الصورة، فإن هذه المجرة غنية بالغبار والغاز، ولا تزال النجوم الجديدة تولد هنا. في الصورة اليمنى، تظهر الأشعة السينية القادمة من هذه المجرة باللون الأرجواني، والذي تمت إضافته إلى ألوان أخرى تُظهر الضوء المرئي. (اليسار: تعديل العمل من قبل ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية وشركة STSci وآر. جيندلر وتلسكوب سوبارو (NAOJ)؛ الحق الائتماني: تعديل العمل بالأشعة السينية: NASA/CXC/MSSL/R.Soria وآخرون، بصري: AURA/Gemini OBS)