المجرات
:مقدمة عن المجرات
مع توسع مجال رؤيتنا إلى مقاييس كونية حقيقية، يتحول تركيز دراساتنا بشكل جذري. تصبح الكواكب غير ذات أهمية، والنجوم نفسها مجرد نقاط تستهلك الهيدروجين. الآن، تصبح المجرات بأكملها “الذرات” التي يُبنى منها الكون — عوالم بعيدة كانت مجهولة تمامًا للعلماء قبل قرن من الزمن فقط.
نعلم الآن بوجود ملايين المجرات خارج مجرتنا. جميعها تجمعات ضخمة ترتبط بالجاذبية وتتكون من نجوم وغاز وغبار ومادة مظلمة وإشعاع، تفصلنا عنها مسافات شاسعة تفوق الفهم. معظم المجرات أصغر من مجرة درب التبانة، وبعضها مشابه لها في الحجم، بينما عدد قليل أكبر بكثير. تبدو العديد من هذه المجرات “عادية”، مثل مجرتنا — الناتج الجماعي لمليارات النجوم. ولكن بعض المجرات تشهد أحداثًا انفجارية أكثر طاقة بكثير من أي شيء شهدته مجرتنا
الضوء الذي تم جمعه من المجرات الأكثر بعدًا تم انبعاثه من تلك الأجسام قبل وقت طويل من تكوّن الأرض. لقد تسابق الضوء عبر ظلمات الكون لمليارات السنين، واعترضت تلسكوباتنا ومركباتنا الفضائية جزءًا صغيرًا جدًا من إشعاعه الآن. هذا الإشعاع، الذي التقطته العديد من الصور في هذا المقال، لا يخبرنا فقط عن خصائص المجرات البعيدة، بل يكشف أيضًا عن بعض الأشياء المتعلقة بتاريخ مجرتنا والكون الذي نعيش فيه.
ما هي المجرة ؟ ومما تتكون ؟
(تعريف1)
المجرة هي تجمع هائل من الأنظمة النجمية والكوكبية، والنجوم الفردية، والغاز، والغبار، والأجسام الكونية الأخرى. بفضل الجاذبية (هكذا يسمي العلماء القوة التي تجعل جميع الأجسام في الكون تجذب بعضها البعض)، تدور جميع مكونات المجرة حول مركز مشترك .ممكن أن تحتوي المجرات المختلفة على ما بين 10 ملايين الي 100تريليون نجم.
(تعريف 2)
المجرة هي مجموعة هائلة من المادة النجمية والمادة بين النجوم — النجوم، الغاز، الغبار، النجوم النيوترونية، والثقوب السوداء — المعزولة في الفضاء والمحتفظ بها معًا بفضل (G)جاذبيتها الخاصة. علماء الفلك يدركون وجود مليارات من المجرات بخلاف مجرتنا. المجرة التي نعيش فيها تُعرف باسم مجرة درب التبانة
مما يتكون هيكل المجرة؟
عندما نقوم بتشريح هيكل المجرة نجد انها تتكون من ثلاث مكونات رئيسية ( الانتفاخ المجري -والهالة المجرية-والقرص المجري )كما يظهر في الشكل(1)
:تصنيف (انواع) المجرات
عند النظر إلى المجرات في حقل هابل العميق ، ستلاحظ تنوعًا في الأشكال.يصنّف علماء الفلك المجرات وفقًا لأشكالها في الصور الملتقطة باستخدام الأطوال الموجية البصرية، وذلك باستخدام نظام طوره إدوين هابل في عشرينيات القرن العشرين. هذه الأنظمة التصنيفية تعد تقنية أساسية في العلم.
:حسب شكلها، يقسمها علماء الفلك إلى أربع مجموعات
. (مجرات حلزونية – مجرات بيضاوية – مجرات عدسية – مجرات غير منتظمة)
لماذا توجد أنواع مختلفة من المجرات؟ هذا هو السؤال الرئيسي الذي ستستكشفه في بقية هذا المقال.
: المجرات الحلزونية
رأينا مثال على المجرات الحلزونية — على سبيل المثال، مجرتنا درب التبانة . تحتوي جميع المجرات من هذا النوع على قرص مجري مسطح توجد فيه الأذرع الحلزونية، و انتفاخ مجري في المركز ذات نواة كثيفة، وهالة ممتدة من النجوم القديمة الخافتة. تكون كثافة النجوم (أي عدد النجوم لكل وحدة حجم) هي الأكبر في النواة المجرية، في مركز الانتفاخ. ومع ذلك، داخل هذا الوصف العام، تُظهر المجرات الحلزونية مجموعة متنوعة واسعة من الأشكال، كما هو موضح في الشكل (2).
في مخطط هابل، يتم تمثيل المجرة الحلزونية بالحرف “S”
وتصنيفها حسب النوع (a، b، أو c) بناءً على حجم الانتفاخ المركزي. تمتلك مجرات النوع Sa أكبر الانتفاخات، بينما تمتلك مجرات النوع Sc أصغرها. وتكون نمط الحلزون مشدودًا جيدًا في المجرة ذات الانتفاخ الكبير (على الرغم من أن التطابق ليس مثاليًا). تتميز المجرات الحلزونية من النوع Sa بأذرع حلزونية ملفوفة بشكل محكم تقريبًا ودائرية، بينما تكون الأذرع في المجرات من النوع Sc أكثر انفتاحًا وتميل لأن تكون ذات نمط حلزوني فضفاض وغير واضح المعالم.
تحتوي الانتفاخات والهالات في المجرات الحلزونية على أعداد كبيرة من النجوم القديمة المحمرة والعناقيد الكروية، على غرار تلك التي لوحظت في مجرتنا درب التبانة وأندروميدا. ومع ذلك، يأتي معظم الضوء من المجرات الحلزونية من النجوم من النوع A إلى G في القرص المجري، مما يمنح هذه المجرات توهجًا أبيض بشكل عام.
نفترض أن هناك أيضًا أقراصًا سميكة، ولكن ضعف سطوعها يجعل من الصعب تأكيد ذلك — يساهم القرص السميك في درب التبانة بنسبة 1% أو نحو ذلك من إجمالي ضوء مجرتنا.
مثل قرص درب التبانة، تكون الأقراص المسطحة في المجرات الحلزونية غنية بالغاز والغبار. تحتوي مجرات النوع Sc على أكبر قدر من المادة البينجمية، بينما تحتوي مجرات النوع Sa على أقل قدر. تكشف الإشعاعات الراديوية ذات طول موجي 21 سم المنبعثة من المجرات الحلزونية عن وجود الغاز، ويمكن رؤية مسارات الغبار المظلمة بوضوح في العديد من الأنظمة تتشكل النجوم في الأذرع الحلزونية، والتي تحتوي على العديد من السدم المضيئة والنجوم حديثة التشكيل من النوع O وB. تبدو الأذرع زرقاء اللون بسبب وجود النجوم الساطعة الزرقاء من النوع O وB. يكشف الصورة الخاصة بالمجرة Sc NGC 2997 في الشكل (2-(c)) عن وفرة الغازات البينجمية والغبار والنجوم الزرقاء الفتية التي تتبع النمط الحلزوني بوضوح.
معظم المجرات الحلزونية لا تُرى بزاوية مواجهة لنا، كما هو موضح في الشكل (2). يتم إمالة العديد منها بالنسبة لخط الرؤية لدينا، مما يجعل من الصعب تمييز هيكلها الحلزوني. ومع ذلك، لا نحتاج إلى رؤية الأذرع الحلزونية لتصنيف المجرة على أنها حلزونية. يكفي وجود القرص، مع ما يحتويه من غازات وغبار ونجوم حديثة الولادة. على سبيل المثال، تصنف المجرة الموضحة في الشكل (3) كمجرة حلزونية بسبب الخط الواضح لمسار الغبار الذي يمر على طول مستواها الوسطي.
: المجرات الحلزونية ذات الأذرع القضيبية
تُعد المجرة الحلزونية ذات الأذرع القضيبية نوعًا مختلفًا من فئة المجرات الحلزونية في مخطط تصنيف هابل.
تختلف هذه المجرات عن المجرات الحلزونية العادية بشكل أساسي من خلال وجود “قضيب” مستطيل من المادة النجمية والمادة البينجمية يمر عبر المركز ويمتد إلى ما بعد الانتفاخ المركزي وداخل القرص.
تنطلق الأذرع الحلزونية من قرب نهايات القضيب بدلاً من الانتفاخ كما في الحلزونات العادية.
يتم ترميز المجرات الحلزونية ذات الأذرع القضيبية بالحروف SB ويتم تقسيمها، مثل المجرات الحلزونية العادية، إلى فئات ( SBa وSBb وSBc ) اعتمادًا على حجم الانتفاخ.
ومثلما هو الحال في المجرات الحلزونية العادية، يتناسب تماسك النمط الحلزوني مع حجم الانتفاخ. يُظهر الشكل(4) التنوع بين المجرات الحلزونية ذات الأذرع القضيبية. في حالة فئة SBc، غالبًا ما يكون من الصعب تحديد نهاية القضيب وبداية الأذرع الحلزونية.
غالبًا ما لا يستطيع علماء الفلك التمييز بين المجرات الحلزونية والمجرات الحلزونية ذات الأذرع القضيبية، خاصة عندما تكون المجرة موجهة بحيث تكون مستوي المجرة تقريبًا في وضع حافة نحو الأرض، كما هو الحال في الشكل(3) نظرًا للتشابهات الفيزيائية والكيميائية بين المجرات الحلزونية والمجرات الحلزونية ذات الأذرع القضيبية، لا يكلف بعض الباحثين أنفسهم عناء التمييز بينهما.
بينما يعتبر البعض الآخر أن الفروق في هيكلها مهمة جدًا، حيث يرون أن هذه الفروق تشير إلى اختلافات أساسية في طرق تكوين وتطور النوعين من المجرات.
استنادًا إلى جميع الأدلة المتاحة، يبدو أن مجرة درب التبانة هي مجرة حلزونية ذات أذرع قضيبية، ومن المحتمل أن تكون من النوع SBb.
:المجرات البيضاوية
المجرات البيضاوية (الإهليلجية)
على عكس المجرات الحلزونية، لا تحتوي المجرات الإهليلجية على أذرع حلزونية، وفي معظم الحالات، لا يوجد قرص مجري واضح – في الواقع، بخلاف وجود نواة مركزية كثيفة، فإنها غالبًا ما تعرض بنية داخلية قليلة جدًا من أي نوع.
كما هو الحال مع المجرات الحلزونية، تزداد كثافة النجوم بشكل حاد في النواة. تُسمى هذه الأنظمة بالحرف E، ويتم تقسيمها إلى أنواع حسب مدى ظهورها إهليلجية في السماء.
المجرات الأكثر دائرية تُصنف على أنها E0، وتُصنف الأنظمة المسطحة قليلاً على أنها E1، وهكذا حتى تصل إلى المجرات الإهليلجية الأكثر استطالة، من النوع E7.
لاحظ أن نوع المجرة الإهليلجية وفقًا لمخطط هابل يعتمد على شكلها الثلاثي الأبعاد الحقيقي واتجاهها بالنسبة لخط النظر. المجرة الكروية، والمجرة ذات الشكل السيجار إذا رُؤيت من الطرف، والمجرة ذات الشكل القرصي إذا رُؤيت من الأعلى، ستظهر جميعها دائرية على السماء وتُصنف على أنها E0. قد يكون من الصعب تفسير الشكل الحقيقي للمجرة اعتمادًا فقط على مظهرها البصري.
تتراوح المجرات الإهليلجية بشكل كبير من حيث الحجم وعدد النجوم التي تحتويها. المجرات الإهليلجية الأكبر تكون أكبر بكثير من مجرتنا درب التبانة. يمكن أن تتراوح المجرات الإهليلجية العملاقة حتى مئات الكيلوبارسيك عرضًا وتحتوي على تريليونات النجوم. على النقيض من ذلك، قد تكون المجرات الإهليلجية القزمة صغيرة بقطر 1 كيلوبارسيك فقط وتحتوي على أقل من مليون نجم. تشير العديد من الاختلافات إلى أن المجرات الإهليلجية العملاقة والقزمة تمثل فئات مجرية متميزة، ذات تاريخ تكوين ومحتوى نجمي مختلفين تمامًا. القزمة هي النوع الأكثر شيوعًا من المجرات الإهليلجية، حيث تتفوق عددًا على نظيراتها الأكثر سطوعًا بمقدار 10 إلى 1. ومع ذلك، فإن معظم الكتلة التي توجد في شكل مجرات إهليلجية توجد في الأنظمة الأكبر.
ليس غياب الأذرع الحلزونية هو الفرق الوحيد بين المجرات الحلزونية والإهليلجية: معظم المجرات الإهليلجية تحتوي أيضًا على القليل جدًا من الغاز البارد أو الغبار، أو لا تحتوي على أي منهما. إشعاع الراديو بطول 21 سم المنبعث من الغاز الهيدروجيني المحايد غائب تمامًا، باستثناءات قليلة، ولا تُرى أي خطوط غبار حاجبة. في معظم الحالات، لا يوجد دليل على وجود نجوم شابة أو على تكوّن نجوم نشط. مثل هالة مجرتنا، تتكون المجرات الإهليلجية في الغالب من نجوم قديمة، ضاربة إلى الحمرة، ومنخفضة الكتلة. وأيضًا، كما هو الحال في هالة مجرتنا، تكون مدارات النجوم في المجرات الإهليلجية غير منظمة، حيث لا تظهر أي دوران شامل؛ تتحرك الأجسام في جميع الاتجاهات، وليس في مسارات دائرية منتظمة كما في قرص مجرتنا. ومع ذلك، تختلف المجرات الإهليلجية عن هالة مجرتنا في جانب مهم واحد على الأقل: تكشف ملاحظات الأشعة السينية عن كميات كبيرة من الغاز بين النجوم الساخن جدًا (عدة ملايين كلفن) الموزع في جميع أنحاء الداخل، وغالبًا ما يمتد إلى ما وراء الأجزاء المرئية من المجرات.
:المجرات العدسية
بعض المجرات الإهليلجية العملاقة تُعد استثناءً للعديد من هذه البيانات العامة، حيث وُجد أنها تحتوي على أقراص من الغاز والغبار حيث تتشكل النجوم. يعتقد علماء الفلك أن هذه الأنظمة قد تكون ناتجة عن اصطدامات بين مجرات غنية بالغاز في الواقع، قد تكون الاصطدامات المجرية قد لعبت دورًا مهمًا في تحديد شكل العديد من الأنظمة التي نلاحظها اليوم.
تظهر بعض هذه الأنظمة أدلة على وجود قرص رقيق وانتفاخ مسطح، لكنها لا تحتوي على غاز ولا أذرع حلزونية. يُظهر الشكل(6) اثنين من هذه الأجسام. تُعرف هذه المجرات باسم المجرات S0 إذا لم يكن هناك شريط ظاهر، وتُعرف باسم SB0 إذا كان هناك شريط. وتُعرف أيضًا بالمجرات العدسية، بسبب مظهرها الشبيه بالعدسة. إنها تبدو إلى حد ما مثل المجرات الحلزونية التي تم تجريد غبارها وغازها، ولم يتبقَ سوى القرص النجمي. أظهرت الملاحظات في السنوات الأخيرة أن العديد من المجرات الإهليلجية العادية تحتوي على أقراص باهتة داخلها، مثل مجرات S0. وكما هو الحال مع مجرات S0، فإن أصل هذه الأقراص غير مؤكد، لكن بعض الباحثين يشتبهون في أن مجرات S0 والإهليلجية قد تكون مرتبطة ببعضها بشكل وثيق.
هذه المجرات تقع بين المجرات الإهليلجية E7 والحلزونية من نوع Sa في تصنيف هابل.
:المجرات غير المنتظمة
المجرات غير المنتظمة الفئة الأخيرة من المجرات التي حددها هابل هي فئة شاملة – المجرات غير المنتظمة – التي سُميت بهذا الاسم لأن مظهرها البصري يستبعدها من الفئات الأخرى التي تمت مناقشتها للتو. تميل المجرات غير المنتظمة إلى أن تكون غنية بالمادة بين النجوم والنجوم الزرقاء الشابة، ولكنها تفتقر إلى أي هيكل منتظم، مثل الأذرع الحلزونية المحددة جيدًا أو الانتفاخات المركزية. وهي مقسمة إلى فئتين فرعيتين: مجرات Irr I ومجرات Irr II. غالبًا ما تبدو المجرات Irr I وكأنها حلزونات مشوهة.
تميل المجرات غير المنتظمة إلى أن تكون أصغر من الحلزونات، ولكنها أكبر قليلًا من المجرات الإهليلجية القزمة. تحتوي عادةً على ما بين 10^8 إلى 10^10 نجمًا. أصغر هذه المجرات تُسمى المجرات القزمة غير المنتظمة. كما هو الحال مع المجرات الإهليلجية، فإن النوع القزم هو الأكثر شيوعًا. تحدث المجرات الإهليلجية القزمة والمجرات غير المنتظمة القزمة بأعداد متساوية تقريبًا وتشكل معًا الغالبية العظمى من المجرات في الكون. غالبًا ما تُوجد بالقرب من “مجرة أم” أكبر.
يظهر الشكل (7) سُحب ماجلان، وهي زوج شهير من المجرات غير المنتظمة Irr I التي تدور حول مجرتنا درب التبانة. تُظهر الدراسات التي أُجريت على المتغيرات القيفاوية داخل السُحب أن هذه المجرات تبعد حوالي 50 كيلوفرسخ عن مركز مجرتنا. تحتوي السحابة الكبيرة على حوالي 6 مليارات كتلة شمسية من المادة وتبلغ عرضها بضعة كيلوفرسخات. تحتوي كلتا السحابتين على الكثير من الغاز والغبار والنجوم الزرقاء (وعلى المستعر الأعظم الموثق حديثًا الذي نوقش في اكتشاف 21-1)، مما يشير إلى أن تكوين النجوم ما زال مستمرًا. كما تحتوي أيضًا على العديد من النجوم القديمة وعدة عناقيد كروية قديمة، مما يدل على أن تكوين النجوم يحدث فيها منذ زمن طويل.
تشير الدراسات الراديوية إلى وجود جسر محتمل من غاز الهيدروجين يربط مجرتنا سُحب ماجلان، رغم الحاجة إلى المزيد من البيانات الرصدية لتأكيد هذا الرابط بشكل قاطع. من الممكن أن قوة المد الجذبي لدرب التبانة قد مزقت تيارًا من الغاز من السُحب آخر مرة جلبت مداراتها بالقرب من مجرتنا. بالطبع، تعمل الجاذبية في الاتجاهين، ويعتقد العديد من الباحثين أن القوى التي تمارسها السُحب قد تكون مسؤولة عن تشويه مجرتنا، مما يؤدي إلى تشويه وتكثيف الأجزاء الخارجية من قرص المجرة.
أما المجرات غير المنتظمة Irr II فهي أكثر ندرة الشكل( 8)، وإلى جانب شكلها غير المنتظم، تُظهر أيضًا بعض الخصائص الغريبة، وغالبًا ما يكون لها مظهر انفجاري أو خيطي. كان مظهرها في الماضي يدفع الفلكيين للاعتقاد بأن أحداثًا عنيفة قد وقعت داخلها. ومع ذلك، يبدو الآن أنه من الأرجح أننا في بعض الحالات (ولكن ربما ليس في جميعها) نرى نتيجة لقاء قريب أو تصادم بين نظامين كانا “طبيعيين” في السابق.
