کهکشان راه شیری همچنان بزرگ می‌شود

کهکشان‌ها با گذشت زمان بزرگ‌تر می‌شوند. قدرت نیروی گرانش به اندازه‌ای است که باعث می‌شود کهکشان‌های کوچک‌تر، ستاره‌ها و ابرهای گازی به سمت کهکشان‌ها و ساختارهای بزرگ‌تر که در فواصل دورتر قرار دارند کشیده شوند. گویا کهکشان راه شیری ما نیز در طول زمان، صدها کهکشان کوچک‌تر را به سمت خود کشیده است تا ساختارش همچنان بزرگ شود. کهکشان راه شیری همچنان کهکشان‌های کوچک‌تر اقماری را به سمت خود می‌کشد تا آن‌ها را نیز به بخشی از ساختار خود تبدیل کند. به غیر از این روش، روشی دیگر وجود دارد که پایدارتر بوده و باعث می‌شود کهکشان‌ها همچنان بزرگ‌تر شوند.

روش دیگری که باعث رشد کهکشان‌ها می‌شود، شکل‌گیری ستاره‌ها از گازهایی است که هم اکنون در کهکشان‌ها قرار دارند. دانشمندان تا به امروز می‌دانستند که مرکز کهکشان به دلیل فعالیت‌های بسیار شدید و نرخ بالای شکل‌گیری ستاره‌ها، همواره بزرگ‌تر می‌شود؛ اما اکنون مطالعه‌ای جدید نشان داده است لایه‌ی خارجی کهکشان‌هایی نظیر راه شیری، با گذشت زمان انبساط می‌یابد و این یعنی اندازه‌ی فیزیکی کهکشان‌ها در فضا، بزرگ‌تر می‌شود. طبق محاسباتی که دانشمندان به تازگی انجام داده‌اند، مشخص شده است که اندازه‌ی کهکشان راه شیری با نرخ ۵۰۰ متر بر ثانیه افزایش می‌یابد و این یعنی هر ۶۰۰ هزار سال یک‌بار، یک سال نوری به قطر کهکشان راه شیری اضافه می‌شود.

وقتی که ستاره‌ها در آستانه‌ی شکل‌گیری هستند، در کهکشان‌ها چندین سرنخ از خود بر جای می‌گذارند که می‌توانیم آن‌ها را شناسایی کنیم. این سرنخ‌ها عبارتند از:

• فروپاشی بسیار آهسته و یکپارچه‌ی ابرهای گازی سرد
• انفجار ابرنواختری که ابرهای گازی را به سمت نواحی چگال‌تر می‌فرستد
• تعامل گرانشی میان اجرامی که در فواصل نزدیک از یکدیگر قرار گرفته‌اند

در کهکشان‌هایی که با دیگر کهکشان‌ها تعامل گرانشی دارند، نرخ شکل‌گیری ستاره‌ها بالا بوده و این در حالی است که در کهکشان‌های منزوی‌تر مانند راه شیری، زایش ستاره‌ها با سرعت پایین‌تری انجام می‌شود. کهکشان راه شیری نیز همچون سایرین، ستاره‌های جدیدی را به‌وجود می‌آورد؛ اما با سرعتی پایین این کار را انجام می‌دهد. در کهکشان راه شیری، به طور متوسط هر ساله یک ستاره‌ی هم اندازه و هم جرم خورشید متولد می‌شود و این ستاره معمولاً در نواحی چگال، مانند بخش مرکزی یا صفحه‌ی برآمده‌ی کهکشان درون ابرهای گازی زاده می‌شود. سایر نواحی کهکشان راه شیری به دلیل پایین بودن چگالی و دور بودن از نقطه‌ی مرکزی، نمی‌توانند با سرعت بالایی ستاره‌ها را به وجود بیاورند؛ به همین دلیل معمولاً این نواحی را از نظر رشد، ثابت در نظر می‌گیرند. تا همین امروز دانشمندان گمان می‌کردند که کهکشان‌ها تنها در قسمت مرکزی خود گسترده می‌شوند و قسمت‌های بیرونی تا زمانی که مواد جدیدی وارد کهکشان نشده‌اند، از نظر اندازه ثابت باقی می‌مانند.

برای مدت زمانی طولانی، این دیدگاه میان دانشمندان پذیرفته شده بود؛ اما به تازگی شواهدی به‌دست آمده‌اند که این دیدگاه را به چالش می‌کشند و می‌گویند که بازوهای مارپیچی کهکشان راه شیری نیز در طول زمان به طور پیوسته منبسط می‌شوند؛ اما سرعت این انبساط بسیار پایین بوده و نیازی نیست که ماده‌ی جدیدی وارد این بخش‌ها شود.

سه پژوهش‌گر به نام‌های کریستینا مارتینز، ایگناسیو تروخیلیو کابرا ویوهان ناپن از انستیتو اخترفیزیک کاناریاس، تصاویر متعددی را ثبت کرده‌اند که ایده‌ی «راه شیری پایدار» را به چالش می‌کشد. ما اکنون در صفحه‌ی کهکشان راه شیری قرار داریم و اندازه‌گیری اجرامی که فاصله‌ی بسیار دوری از ما دارند یا در قسمت وسط کهکشان هستند بسیار دشوار است؛ زیرا در مسیر بین ما و این اجرام، غبار و گاز بسیار زیادی وجود دارد که مانع نور می‌شوند. این سه پژوهش‌گر برای آن‌که بتوانند به بهترین شکل ممکن کار خود را انجام دهند، به کهکشان‌های مارپیچی مشابه راه شیری نگریسته‌اند و شبیه‌ترین آن‌ها به کهکشان ما را مورد مطالعه قرار داده‌اند. این افراد برای اندازه‌گیری انبساط کهکشان، روی بازوهای مارپیچی بیرونی و لبه‌های کهکشان‌ها تمرکز کرده‌اند.

این پژوهش‌گران، اندازه‌گیری‌های خود را در سه طول موج مختلف نور انجام دادند: طول موج مرئی به کمک رصدخانه‌ی SDSS، طول موج فرابنفش با استفاده از رصدخانه‌ی GALEX و طول موج فروسرخ به کمک تلسکوپ فضایی اسپیتزر. این افراد در این طول موج‌ها، تغییرات رنگ و حرکت ستاره‌های بیرونی کهکشان‌های مارپیچی را مورد مطالعه قرار دادند. اگر شما بتوانید از ستاره‌های تازه متولد شده نور کافی دریافت کنید، می‌توانید حرکت عقب-جلو (دور شدن یا نزدیک شدن ستاره به شما) و حرکت عمودی (بالا و پایین رفتن ستاره در صفحه‌ی کهکشان) ستاره را به شکلی دقیق محاسبه کنید. محاسبه‌ی این حرکت‌ها به دانشمندان نشان می‌دهد که چقدر طول می‌کشد تا ستاره‌ی مورد نظر، از محل تولد خود دور شود و به نواحی دیگری مهاجرت کند. این اطلاعات به دانشمندان می‌گویند که کهکشان‌های مادری این ستاره‌ها از نظر اندازه با چه سرعتی رشد می‌کنند.

اکنون که این اطلاعات از کهکشان‌های مارپیچی به‌دست آمده‌اند، می‌توان آن‌ها را به کهکشان راه شیری نیز تعمیم داد. کریستینا مارتینز بر این باور است که می‌توان با انجام اندازه‌گیری‌های لازم از زایشگاه‌های ستاره‌ای که در لبه‌های راه شیری هستند، به سرعت رشد کهکشان راه شیری نیز پی برد. وی در ادامه‌ی صحبت‌های خود می‌گوید:

کهکشان راه شیری در حال حاضر بسیار بزرگ است؛ اما پژوهش‌های ما نشان می‌دهند مادامی که ستاره‌های جدیدی در لبه‌های کهکشان شکل می‌گیرند، دست‌کم در بخش قابل رؤیت از راه شیری، اندازه‌ی کهکشان با سرعتی بسیار آهسته افزایش می‌یابد. این فرآیند بسیار آهسته است؛ اما اگر بتوانید در زمان سفر کنید و به ۳ میلیارد سال آینده بروید، خواهید دید که راه شیری نسبت به امروز، ۵ درصد بزرگ‌تر شده است.

این گفته‌ها نشان می‌دهند که اندازه‌ی کهکشان راه شیری با نرخ ۵۰۰ متر بر ثانیه افزایش می‌یابد؛ یعنی در هر ۷ ساعت به اندازه‌ی یک کره‌ی زمین! با انجام محاسبات بیشتر، در می‌یابیم که قطر کهکشان راه شیری هر ۶۰۰ هزار سال یک‌بار، یک سال نوری بیشتر می‌شود. درصد بالای ستاره‌ها در نواحی مرکزی کهکشان یا در صفحه‌ی کهکشان شکل می‌گیرند؛ اما درصد ناچیزی نیز هستند که در لبه‌های بیرونی کهکشان متولد می‌شوند و ممکن است مسیر حرکت آن‌ها دچار اختلال شود. برخی از این ستاره‌ها در فواصل بسیار دوری نسبت به مرکز کهکشان و سایر ستاره‌ها گردش می‌کنند و ممکن است گُم شوند؛ اما این اتفاق پیوسته و آرام رخ می‌دهد و تا زمانی که مدار چرخش ستاره‌ای دچار اختلال شود، در زایشگاه‌های ستاره‌ای، ستاره‌های دیگری متولد شده‌اند و این روند همچنان ادامه می‌یابد.

برای کهکشان راه شیری، روند افزایش اندازه تا حدود ۴ میلیارد سال به خوبی و به‌طور پیوسته ادامه خواهد داشت تا این‌که اتفاقی بزرگ رخ می‌دهد: برخورد کهکشان مارپیچی آندرومدا با راه شیری.

در آن زمان، اندازه‌ی کهکشان راه شیری و آندرومدا نسبت به زمان حال ۷ درصد بزرگ‌تر است؛ اما وقتی که این دو با یکدیگر برخورد می‌کنند، به شکل ناگهانی در نظم ستاره‌ها و حرکت آن‌ها تداخل ایجاد می‌شود و اندازه‌ی کهکشان جدیدی که به‌وجود می‌آید بسیار بزرگ خواهد بود. کهکشان‌هایی که فاصله‌ی کمی با یکدیگر دارند به ناچار با هم برخورد می‌کنند و کهکشانی بزرگ‌تر را تشکیل می‌دهند؛ اما کهکشان‌هایی نیز وجود دارند که کاملاً منزوی بوده و تا فاصله‌ی صدها میلیون سال نوری از آن‌ها، کهکشان همسایه‌ای وجود ندارد.

چنین کهکشان‌های تنهایی در جهان بسیارند و مانند سایرین رشد می‌کنند؛ اما هیچ برخوردی را تجربه نخواهند کرد. بیشتر رشد این کهکشان‌ها در نواحی مرکزی رخ می‌دهد و در لبه‌های خارجی شاهد افزایش اندک اندازه خواهیم بود. در زمانی که آندرومدا و راه شیری با یکدیگر ترکیب می‌شوند، جهان سه برابر مسن‌تر از حالت فعلی خواهد بود و اندازه‌ی کهکشان‌هایی که هیچ برخوردی ندارند، دو برابر می‌شود. به طور کلی، می‌توان گفت که یک کهکشان تا زمانی که گاز و غبار دارد و ستاره‌های جدیدی را به‌وجود می‌آورد، همواره رشد می‌کند.