28: تطور وتوزيع المجرات

Last updated
Save as PDF

Page ID: 197604

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

كيف ومتى تشكلت المجرات مثل درب التبانة؟ أيهما تكونت أولاً: النجوم أم المجرات؟ هل يمكننا رؤية دليل مباشر على التغييرات التي تمر بها المجرات على مدى حياتها؟ إذا كان الأمر كذلك، فما الذي يحدد ما إذا كانت المجرة «ستنمو» لتكون حلزونية أم بيضاوية الشكل؟ وما هو دور «الطبيعة مقابل التنشئة»؟ وهذا يعني أن مقدار تطور المجرة يتحدد بالشكل الذي تبدو عليه عند ولادتها ومدى تأثرها ببيئتها؟

يمتلك علماء الفلك اليوم الأدوات اللازمة لاستكشاف الكون تقريبًا إلى الوقت الذي بدأ فيه. تتيح التلسكوبات الجديدة الضخمة وأجهزة الكشف الحساسة التي تم بناؤها في العقود الماضية الحصول على صور وأطياف المجرات البعيدة جدًا لدرجة أن ضوءها سافر للوصول إلينا لأكثر من 13 مليار سنة - أكثر من 90٪ من طريق العودة إلى الانفجار العظيم: يمكننا استخدام السرعة المحدودة للضوء و الحجم الهائل للكون كآلة زمنية كونية للتأمل ومراقبة كيفية تشكل المجرات وتطورها بمرور الوقت. دائمًا ما تمثل دراسة المجرات بعيدًا بأي تفاصيل تحديًا كبيرًا، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أن المسافة تجعلها تبدو باهتة جدًا. ومع ذلك، فإن التلسكوبات الكبيرة الموجودة اليوم على الأرض وفي الفضاء تجعل هذه المهمة ممكنة أخيرًا.

28.1: ملاحظات المجرات البعيدة
عندما ننظر إلى المجرات البعيدة، فإننا ننظر إلى الوراء في الوقت المناسب. لقد رأينا الآن المجرات كما كانت عندما كان عمر الكون حوالي 500 مليون سنة - حوالي خمسة بالمائة فقط من عمره الآن. يبلغ عمر الكون الآن 13.8 مليار سنة. لون المجرة هو مؤشر على عمر النجوم التي تسكنها. يجب أن تحتوي المجرات الزرقاء على الكثير من النجوم الساخنة والضخمة والشابة. تميل المجرات التي تحتوي على نجوم قديمة فقط إلى اللون الأحمر المصفر.
28.2: عمليات دمج المجرات ونواة المجرة النشطة
عندما تصطدم المجرات ذات الحجم المماثل وتتحد، فإننا نسميها الاندماج، ولكن عندما تبتلع مجرة صغيرة مجرة أكبر بكثير، فإننا نستخدم مصطلح أكل لحوم البشر في المجرة. تلعب التصادمات دورًا مهمًا في تطور المجرات. إذا كان التصادم يشمل مجرة واحدة على الأقل غنية بالمواد بين النجوم، فإن ضغط الغاز الناتج سيؤدي إلى انفجار في تكوين النجوم، مما يؤدي إلى مجرة نجمية. كانت عمليات الاندماج أكثر شيوعًا عندما كان الكون صغيرًا.
28.3: توزيع المجرات في الفضاء
تثبت أعداد المجرات في اتجاهات مختلفة أن الكون على نطاق واسع متجانس ومتشابه (نفس الشيء في كل مكان ونفس الشيء في جميع الاتجاهات، بصرف النظر عن التغيرات التطورية مع مرور الوقت). يشار إلى تشابه الكون في كل مكان بالمبدأ الكوني. يتم تجميع المجرات معًا في مجموعات. مجرة درب التبانة هي عضو في المجموعة المحلية، التي تحتوي على 54 مجرة عضوًا على الأقل.
28.4: تحدي المادة المظلمة
تتحرك النجوم بشكل أسرع في مداراتها حول مراكز المجرات، والمجرات حول مراكز مجموعات المجرات، مما ينبغي وفقًا لجاذبية جميع المواد المضيئة (النجوم والغاز والغبار) التي يمكن لعلماء الفلك اكتشافها. يشير هذا التناقض إلى أن المجرات ومجموعات المجرات تهيمن عليها المادة المظلمة بدلاً من المادة المضيئة العادية. تؤكد عدسات الجاذبية والأشعة السينية من مجموعات المجرات الضخمة وجود المادة المظلمة.
28.5: تكوين وتطور المجرات والبنية في الكون
في البداية، تم توزيع المادة المضيئة والمظلمة في الكون تقريبًا - ولكن ليس تمامًا - بشكل موحد. يتمثل التحدي الذي تواجهه نظريات تكوين المجرات في إظهار كيف أدى هذا التوزيع السلس «غير التام» للمادة إلى تطوير الهياكل - المجرات ومجموعات المجرات - التي نراها اليوم. من المحتمل أن يكون التوزيع الخيطي للمجرات والفراغات قد تم بناؤه بالقرب من البداية، قبل أن تبدأ النجوم والمجرات في التكون.
28.E: تطور وتوزيع المجرات (تمارين)

الصورة المصغرة: تؤثر تصادمات واندماج المجرات بقوة على تطورها. تُظهر هذه الصورة المناطق الداخلية لهاتين المجرتين، كما التقطها تلسكوب هابل الفضائي. نوى المجرات المزدوجة هي النقط البرتقالية الموجودة في أسفل اليسار والجزء العلوي الأيمن من مركز الصورة. لاحظ الممرات المظلمة لعبور الغبار أمام المناطق المشرقة. مجموعات النجوم الوردية والزرقاء الزاهية هي نتيجة انفجار تكوين النجوم الذي حفزه الاصطدام. (حق الائتمان: تعديل العمل من قبل وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية وفريق هابل للتراث (STSCI/AURA) - التعاون بين وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة هابل).