الفلك

هل يتغير شكل المجرات وحجمها بمرور الوقت؟

هل يتغير شكل المجرات وحجمها بمرور الوقت؟

تأتي المجرات بأشكال وأحجام مختلفة. ما العوامل التي تحدد شكل وحجم المجرة ، وكيف يمكن أن تتغير بمرور الوقت؟


يعتمد حجم المجرة على كيفية توزيع المادة في بدايات الكون ، وكيف انهارت تحت تأثير جاذبيتها لتشكل كتلًا من المادة (المظلمة) تتشكل حولها المجرات.

أقدم المجرات غير منتظمة ، ولكن عندما سقطت المادة باتجاههم ، طوروا اتجاهًا مداريًا ثابتًا تشكلوا على شكل قرص. ثم تظهر موجات الجاذبية في القرص كأذرع لولبية. تميل المجرات الكبيرة التي تشكل النجوم بنشاط إلى امتلاك هذا الهيكل. قد لا تصل المجرات الصغيرة أبدًا إلى نقطة تكوين القرص وتظل غير منتظمة.

عندما تصطدم المجرات وتتفاعل ، تتعطل مدارات النجوم. غالبًا ما تكون نتيجة اندماج مجرتين حلزونيتين كبيرتين عبارة عن مجرة ​​تدور فيها النجوم في جميع الاتجاهات ، والتي تبدو وكأنها مجرة ​​إهليلجية. غالبًا ما يكون تكوين النجوم في المجرات الإهليلجية منخفضًا جدًا. المجرات الإهليلجية هي أكثر أشكال المجرات تطوراً.

النطاق الزمني لهذا التطور بطيء. تستغرق المجرات مليارات السنين لتتطور من شكل إلى آخر.

لا تزال تفاصيل عملية تكوين المجرات وتطورها غير مؤكدة. ستكون الطبيعة الدقيقة للمادة المظلمة مهمة في فهم كيفية تشكل المجرات. الدور (إن وجد) الذي تلعبه الثقوب السوداء في تكوين المجرات غير مؤكد.


نعم بالتأكيد.

تنمو المجرات من خلال التراكم السلس للمادة (المظلمة والباريونية) ، ومن خلال الاندماجات مع المجرات الأخرى. عمليات الاندماج الصغيرة (أي حيث تكون إحدى المجرات أكبر بكثير من الأخرى) تؤدي ببساطة إلى تعطيل المجرة الأصغر دون تغيير شكل المجرة الأكبر (ولكنها قد تزيد من معدل تكون نجمها لفترة من الوقت). يمكن لعمليات الاندماج الكبرى ، حيث تكون المجرات ذات الحجم المماثل ، أن "تدمر" المجرات تمامًا. إذا كانت المجرات المندمجة عبارة عن حلزونات ، فيمكنها أحيانًا الاستقرار في مجرة ​​حلزونية أكبر ، ربما مع انتفاخ مركزي محسن. لكن في بعض الأحيان ، اعتمادًا على توجهاتهم قبل الدمج ، من بين أمور أخرى ، تصبح بيضاوية الشكل بدلاً من ذلك.

منذ أن تمدد الكون ، كانت المجرات أقرب لبعضها في الماضي ، وبالتالي فإن معظم النمو قد حدث بالفعل.

المجرات الصغيرة التي تخضع لتشكيل نجمي مكثف ، قد تنفخ غازها بسبب ردود الفعل النجمية ، وبهذه الطريقة تتخلص من معظم غازها وبالتالي ديتجعد قليلا في الحجم و "تطفئ" نفسها.

يعود أصل المجرات إلى الكتل الموجودة في الحساء البدائي شبه الأملس للغاز والمادة المظلمة (والإشعاع). هذه الكتل لها توزيع الحجم - ال دالة كتلة الهالة - وهو قانون سلطة عند الكتل الصغيرة مع قطع أسي عند الجماهير الكبيرة. وبالتالي ، فإن حجم المجرات يتبع توزيعًا مشابهًا.

الرقم على غادر أدناه (تم إنشاؤه باستخدام هذه الأداة) يوضح توزيع هالات المادة المظلمة ، أي الرقم لكل حجم في كتلة معينة اليوم (redshift $ z = 0 $ ، خط متصل) وعندما كان عمر الكون ملياري سنة فقط ($ z = 3 $ ، خط متقطع). يمكنك أن ترى أنه في العصور المبكرة ، لم تكن الهالات الكبيرة قد تشكلت بعد.

الرقم على حق (من المحاكاة الكونية الخاصة بي) يوضح عدد النجوم الموجودة في هالة المادة المظلمة (المحاكاة) لكتلة معينة. يمكنك أن ترى أنه يتبع قانونًا تقريبيًا للقوة ، ولكن مع بعض التشتت.


تتغير المجرات بمرور الوقت ، وتتحول إلى أشكال مختلفة

وبدلاً من ذلك ، فإنهم يخضعون لتحول كوني من نوع ما ويغيرون تشريحهم ، كما يقول العلماء.

في المقابل ، يوضح هذا أن الكون نفسه قد تحول إلى حد كبير منذ ظهوره في أعقاب الانفجار العظيم منذ ما يقرب من 14 مليار سنة ، كما أوضح علماء الفلك في جامعة كارديف.

توثيق كيف تتغير المجرات بمرور الوقت

كجزء من بحثهم ، درس فريق جامعة كارديف حوالي 10000 من المجرات القريبة التي تسكن الكون الآن وصنفتها وفقًا لشكلها.

حددوا بعض المجرات على أنها مسطحة ، ودوارة ، وشكل القرص ، مثل مجرتنا درب التبانة ، والبعض الآخر على أنها كبيرة وكروية ونجومها مرتبة في أنماط غير منظمة إلى حد ما.

بعد ذلك ، استخدم علماء الفلك تلسكوبات هابل وتلسكوبات هيرشل لإلقاء نظرة خاطفة على الكون ، وبالتالي العودة بالزمن إلى الوراء ، وتحديد شكل المجرات قبل 8 مليارات سنة ، بعد فترة ليست طويلة من الانفجار العظيم.

اكتشفوا أنه في الأيام الأولى للكون ، كان حوالي 83٪ من النجوم موجودة في مجرات على شكل قرص. ومع ذلك ، في هذه الأيام ، يشكل 49٪ فقط جزءًا من هذه المجرات ، والعديد من المجرات الأخرى توجد في المجرات الكروية.

يقول فريق جامعة كارديف إن هذا يشير إلى أنه بعد أن تشكلت في أعقاب الانفجار العظيم ، تطورت العديد من المجرات على شكل قرص في الكون لتصبح مجرات كروية.

& ldquo خضعت نسبة كبيرة من المجرات لتكوُّن كبير و lsquometamorphosis منذ أن تشكلت في البداية بعد الانفجار الكبير ، & rdquo يكتب الباحثون في تقرير يشرح بالتفصيل عملهم.

& ldquo ادعى العديد من الناس من قبل أن هذا التحول قد حدث ، ولكن من خلال الجمع بين Herschel و Hubble ، تمكنا لأول مرة من قياس مدى هذا التحول بدقة ، ويضيف المؤلف الرئيسي للدراسة Steve Eales.

حسنًا ، كيف حدثت هذه التحولات؟

ربما وجد فريق جامعة كارديف دليلاً على أن المجرات تتغير وتغير مظهرها بمرور الوقت ، لكن يمكنهم شرح كيفية حدوث مثل هذه التحولات بشكل كامل.

إحدى النظريات هي أنها تحدث عندما تقترب مجرتان على شكل قرص من بعضهما البعض وتجبرهما جاذبيتهما على الاندماج ، والنتيجة هي تراكم النجوم.

بعد ذلك ، قد تكون هذه المجرة على شكل قرص يمكن أن تصبح مجرة ​​كروية بمفردها عندما تبدأ نجومها في الهجرة نحو قلبها وتشكل في النهاية تراكمًا شبيهًا بالكرة.


كشف النقاب عن الوجه الحقيقي لمجرة

في هذه الدراسة قمنا بحساب كل من عمر وشكل المجرات باستخدام تقنيات مختلفة.

إن تحديد عمر لمجرة أمر صعب. ليس لديهم تاريخ ميلاد واحد عندما ظهروا فجأة.

قمنا بتقييم متوسط ​​عمر النجوم في المجرة كمقياس لعمر المجرة. تحتوي المجرات الفتية على جزء كبير من النجوم الزرقاء الساخنة التي تشكلت مؤخرًا ، بينما تحتوي المجرات القديمة في الغالب على نجوم حمراء أكثر برودة تشكلت بعد فترة وجيزة من الانفجار العظيم.

يسمح لنا التحليل الطيفي - تقسيم الضوء من مجرة ​​إلى ألوان مختلفة عديدة - بقياس متوسط ​​عمر النجوم في المجرة. تعطي هذه التقنية دقة أعلى بكثير من مجرد استخدام الصور الزرقاء أو الحمراء كما هو معتاد.

لقياس شكل المجرة الحقيقي ثلاثي الأبعاد والانخفاض ، عليك قياس كيفية تحرك نجومها.

Ellipticity هو ببساطة مقياس لمدى انضغاط المجرة فيما يتعلق بالكرة المثالية. تعني القيمة البيضاوية الصفرية أن المجرة هي كرة مثالية مثل كرة القدم. ولكن مع زيادة الإهليلجية المقاسة من الصفر باتجاه واحد ، تصبح المجرة مهروسة أكثر فأكثر - من شكل قرع مستدير إلى قرص رفيع مثل الفطيرة.

نرى المجرات كصور ثنائية الأبعاد معروضة على السماء ، لكن هذا لا يخبرنا كيف تبدو في الواقع في الأبعاد الثلاثة. إذا تمكنا أيضًا من قياس كيفية تحرك النجوم في مجرة ​​، فيمكننا استنتاج شكلها الحقيقي ثلاثي الأبعاد.

يتيح لنا التحليل الطيفي القيام بذلك عبر تأثير دوبلر. يمكننا قياس التحولات في الطول الموجي للضوء المنبعث من النجوم ، والتي تعتمد على ما إذا كانت تلك النجوم تتحرك نحونا أو بعيدًا عنا ، وبالتالي قياس حركاتها.

لقد فعلنا ذلك باستخدام SAMI ، مطياف المجال المتكامل متعدد الأجسام في سيدني وأستراليا والفلكي والمرصد ، على التلسكوب الأنجلو-أسترالي بطول 3.9 متر في مرصد سايدنج سبرينغ. توفر أداة SAMI 13 وحدة من الألياف الضوئية يمكنها "تشريح" المجرات باستخدام التحليل الطيفي ، مما يوفر بيانات فريدة ثلاثية الأبعاد.

على مدار العامين الماضيين ، جمع فريق SAMI Galaxy Survey قياسات ثلاثية الأبعاد لأكثر من ألف مجرة ​​من جميع الأنواع ، وبكتلة تصل إلى مئات المرات.


المجرات البيضاوية

تتكون المجرات الإهليلجية بالكامل تقريبًا من نجوم قديمة ولها أشكال كروية أو بيضاوية (كرات مضغوطة إلى حد ما) (الشكل ( فهرس الصفحة <4> )). لا تحتوي على أي أثر للأذرع الحلزونية. يسود ضوءها نجوم ضاربة إلى الحمرة أقدم (المجموعة الثانية من النجوم التي نوقشت في مجرة ​​درب التبانة). في الأشكال البيضاوية الأكبر المجاورة ، يمكن تحديد العديد من العناقيد الكروية. لا يظهر الغبار والسدم الانبعاثية في المجرات الإهليلجية ، لكن العديد منها يحتوي على كمية صغيرة من المادة بين النجوم.

الشكل ( PageIndex <4> ) المجرات الإهليلجية. (أ) ESO 325-G004 عبارة عن مجرة ​​إهليلجية عملاقة. يمكن رؤية المجرات الإهليلجية الأخرى حول حواف هذه الصورة. (ب) ربما نشأت هذه المجرة الإهليلجية من اصطدام مجرتين حلزونيتين.

تظهر المجرات الإهليلجية درجات مختلفة من التسطيح ، بدءًا من الأنظمة الكروية تقريبًا إلى تلك التي تقترب من تسطيح الحلزونات. تصل الأشكال البيضاوية العملاقة النادرة (على سبيل المثال ، ESO 325-G004 في الشكل ( PageIndex <4> )) إلى لمعان (10 ​​^ <11> ) (L _ < text> ). يمكن أن تكون الكتلة في الشكل البيضاوي العملاق كبيرة مثل (10 ​​^ <13> ) (M _ < text> ). تمتد أقطار هذه المجرات الكبيرة على مئات الآلاف من السنين الضوئية وهي أكبر بكثير من أكبر الحلزونات. على الرغم من أن النجوم الفردية تدور حول مركز مجرة ​​إهليلجية ، فإن المدارات ليست كلها في نفس الاتجاه ، كما يحدث في الحلزونات. لذلك ، لا يبدو أن المجسمات البيضاوية تدور بطريقة منهجية ، مما يجعل من الصعب تقدير مقدار المادة المظلمة التي تحتوي عليها.

وجدنا أن المجرات الإهليلجية تتراوح من العمالقة ، الموصوفين للتو ، إلى الأقزام ، والتي قد تكون أكثر أنواع المجرات شيوعًا. لقد نجت الأشكال البيضاوية القزمة (التي تسمى أحيانًا الأجسام الكروية القزمة) من إخطارنا لفترة طويلة لأنها خافتة جدًا ويصعب رؤيتها. مثال على شكل بيضاوي قزم هو مجرة ​​Leo I Dwarf Spheroidal الموضحة في الشكل ( PageIndex <5> ). لمعان هذا القزم النموذجي مساوٍ تقريبًا لمعان الحشود الكروية الأكثر سطوعًا.

وسيط بين المجرات الإهليلجية العملاقة والقزمة أنظمة مثل M32 و M110 ، وهما رفيقان لمجرة المرأة المسلسلة. بينما يشار إليها غالبًا باسم المجرات الإهليلجية القزمة ، فإن هذه المجرات أكبر بكثير من المجرات مثل Leo I.

الشكل ( PageIndex <5> ) المجرة القزمة البيضاوية. M32 ، مجرة ​​إهليلجية قزمة وأحد رفاق مجرة ​​المرأة المسلسلة العملاقة M31. M32 قزم بمعايير المجرة ، حيث يبلغ عرضه 2400 سنة ضوئية فقط.


الجاذبية هي القوة القوية التي تلصق الكون ببعضه البعض. ساعدت الجاذبية في تكوين نظامنا الشمسي والكواكب والنجوم. إنه يحمل الكواكب في مدار حول الشمس ، والأقمار في مدار حول الكواكب. تخلق جاذبية الشمس والقمر المد والجزر على الأرض.

يمكن إنشاء الجاذبية الاصطناعية باستخدام قوة الجاذبية. مطلوب قوة جاذبة موجهة نحو مركز الدوران لأي جسم يتحرك في مسار دائري. في سياق محطة فضائية دوارة ، فإن القوة الطبيعية التي يوفرها بدن المركبة الفضائية & # 8217s هي التي تعمل كقوة جذب مركزي.


يمكن لعلماء الفلك أن يتنبأوا عندما ينتهي تكوين نجمي لمجرة و # 8217s بناءً على شكل وحجم قرصه

إن العمل الرئيسي في المجرة هو تشكيل النجوم. وعندما يكونون & # 8217 صغارًا ، مثل الشباب في كل مكان ، فإنهم ينشغلون بذلك. لكن المجرات تتقدم في العمر وتتطور وتعاني من تباطؤ في معدل تشكل النجوم. في النهاية ، تتوقف المجرات عن تكوين نجوم جديدة تمامًا ، ويسمي علماء الفلك ذلك التبريد. لقد كانوا يدرسون التبريد لعقود من الزمن ، لكن الكثير عنها لا يزال لغزا.

وجدت دراسة جديدة تستند إلى محاكاة IllustrisTNG ارتباطًا بين إخماد المجرة & # 8217s وحجمها النجمي.

منذ حوالي 10 مليارات سنة ، كان الكون فيما يسميه علماء الكونيات & # 8220Cosmic Noon. & # 8221 كان ذلك عندما بلغ تشكل النجوم في المجرات ذروته. كيف ولماذا تتوقف المجرات عن تشكيل النجوم منذ ذلك الحين كان أمرًا غامضًا.

في ورقة جديدة بعنوان & # 8220MOSEL و IllustrisTNG: مجرات ممتدة ضخمة في z = 2 قم بإخماد المجرات ذات الحجم الطبيعي & # 8221 ، أراد فريق من الباحثين فحص التبريد. المؤلف الرئيسي للدراسة هو الدكتور أنشو جوبتا من مركز التميز في ARC الأسترالي في جميع الفيزياء الفلكية في الأبعاد الثلاثة (ASTRO 3D). سيتم نشر الورقة في مجلة الفيزياء الفلكية.

& # 8220 هناك فترة في حياة الكون تعرف باسم "الظهيرة الكونية" ، والتي حدثت منذ حوالي 10 مليارات سنة ، & # 8221 قال الدكتور جوبتا في بيان صحفي. & # 8220 كان ذلك عندما كان تكوين النجوم في المجرات الضخمة في ذروته. بعد ذلك ، نما الغاز في معظم هذه المجرات ساخنًا - جزئيًا بسبب الثقوب السوداء في منتصفها - وتوقفوا عن تشكيل النجوم. & # 8221

حقوق الصورة: Gupta et al ، 2021.

شهد الظهيرة الكونية أيضًا أن المجرات تطور الخصائص التي نراها اليوم: القرص الدوار المنتظم والانتفاخات ، على سبيل المثال. كان ذلك أيضًا عندما بدأ ظهور مجموعة من المجرات الميتة ، أو المجرات المروية. شيء ما كان يحدث.

لم يكن الظهر الكوني & # 8217t سوى فترة ذروة تشكل النجوم. كانت أيضًا فترة ذروة تراكم الثقب الأسود. عندما نمت الثقوب السوداء في مركز المجرات بشكل أكبر ، وجهت غاز المجرة # 8217 نحوها ، وضغطت وتسخن الغاز. لكن النجوم تحتاج إلى غاز بارد لتكوين غاز ساخن يرفض أن يتحد وينهار إلى نجم.

لكن تأثير الانضغاط والتسخين هذا لم يهيمن على جميع المجرات. بالنسبة لمجرة منتفخة وأقل كثافة مع مساحة أكبر بين النجوم ، لم يكن للثقوب السوداء نفس التأثير. لم يتمكنوا من الوصول إلى ما يكفي من الغاز لإخماد تشكل النجوم.

& # 8220 في المجرات الممتدة حقًا ، ومع ذلك ، وجدنا أن الأشياء لم تسخن بنفس القدر وأن الثقوب السوداء لم تمارس مثل هذا التأثير الكبير ، لذلك استمر تكوين النجوم على مدى فترة أطول. & # 8221

ركز فريق الباحثين على ما يسمى بقرص المجرة. القرص المجري عبارة عن منطقة دائرية مسطحة تحيط بالنواة ، وتحتوي على نجوم وغاز وغبار. إذا انتشر هذا القرص بدلاً من أن يكون مضغوطًا ، فسيستمر تشكل النجوم ، ويتأخر التبريد.

& # 8220 حيث يتم توزيع النجوم في القرص على نطاق واسع - يمكنك تسميته "منتفخ" - يظل الغاز أكثر برودة ، لذلك يستمر في الاندماج تحت الجاذبية وتشكيل نجوم جديدة ، & # 8221 قال الدكتور جوبتا. & # 8220 في المجرات ذات الأقراص الأكثر إحكاما ، يسخن الغاز بسرعة كبيرة وسرعان ما يصبح نشيطًا جدًا بحيث لا يمكن دمجه معًا ، لذلك ينتهي تكوين النجوم بعد الظهر الكوني مباشرة. تستمر الأقراص المنتفخة في العمل لفترة أطول ، مثل شاي الظهيرة الكوني. & # 8221

هذا الرقم من الدراسة يساعد في شرح النتائج. على اليسار توجد مجرات ضخمة عادية ، وعلى اليمين توجد مجرات ممتدة أو & # 8220 منتفخ & # 8221 في محاكاة TNG. كما هو موضح في القضبان العلوية ، لم تشهد المجرات الضخمة العادية & # 8217t تغيرًا في متوسط ​​حجم النجوم حتى حول z

2.5 لكن المجرات الضخمة الممتدة شهدت زيادات ثابتة في أحجامها بين z

2 إلى 4. حقوق الصورة: Gupta et al ، 2021.

وجدت دراستهم أنه بحلول z = 1 ، تم إخماد 36٪ فقط من المجرات الضخمة الممتدة ، بينما تم إخماد 69٪ من المجرات الضخمة ذات الحجم الطبيعي. بواسطة z = 2 إلى 4 ، وجدوا أن المجرات الضخمة ذات الحجم الطبيعي & # 8220 & # 8230 تبني كتلتها النجمية المركزية دون زيادة كبيرة في حجمها النجمي. & # 8221 ولكن بالنسبة للمجرات الضخمة الممتدة ، تضاعفت كتلتها النجمية تقريبًا.

اعتمد هذا البحث على كل من الملاحظات والمحاكاة.

كانت محاكاة IllustrisTNG جهدًا طموحًا شارك فيه في الغالب علماء ألمان وأمريكيون. يصف موقع IllustrisTNG أفضل الجهود: & # 8220 كل محاكاة في IllustrisTNG تطور مجموعة كبيرة من الكون الوهمي من فترة وجيزة بعد الانفجار العظيم وحتى يومنا هذا مع مراعاة مجموعة واسعة من العمليات الفيزيائية التي تقود تشكيل المجرات. يمكن استخدام عمليات المحاكاة لدراسة مجموعة واسعة من الموضوعات المتعلقة بكيفية تطور الكون - والمجرات الموجودة فيه - بمرور الوقت. & # 8221

إذن ماذا تعني هذه النتائج؟ & # 8220 النتائج تعني أنه لأول مرة تمكنا من إقامة علاقة بين حجم القرص وصناعة النجوم. لذلك سيتمكن علماء الفلك الآن من النظر إلى أي مجرة ​​في الكون والتنبؤ بدقة متى ستتوقف عن تكوين النجوم - بعد الغداء مباشرة ، أو في وقت لاحق في فترة الظهيرة الكونية. & # 8221

درب التبانة هي موطن الإنسانية & # 8217s. أين مكان مجرتنا من كل هذا؟ درب التبانة هو خطأ متأخر ، كما اتضح. كانت هنا في الظهيرة الكونية ، لكنها كانت لا تزال صغيرة جدًا وغير ضخمة بالتأكيد. في ذلك الوقت ، كان لديها عُشر فقط من كتلة النجوم التي تمتلكها الآن. نمت بشكل أكبر بمرور الوقت بفضل عمليات الدمج. الآن أصبحت مجرة ​​ضخمة ، لكنها ما زالت تصنع النجوم.

الوقوف بجانب درب التبانة. الائتمان: P. Horálek / ESO

إذن أين نحن الآن في عداد النهار الكوني؟ & # 8220Cosmic الظهر كان منذ وقت طويل ، & # 8221 قال الدكتور جوبتا. & # 8220 أود أن أقول أن الكون قد بلغ الآن المساء الكوني. لم يحن الوقت بعد ، لكن الأمور تباطأت بالتأكيد. & # 8221


مستقبل مجرتنا

نحن اليوم في مرحلة هادئة في تاريخ مجرة ​​درب التبانة ، بعد المراحل العنيفة التي تسبب فيها اندماج هالات المادة المظلمة والمجرات الأولية في زيادة كتلة المجرة بشكل كبير. لأكثر من نصف تاريخ الكون ، كان المحرك الرئيسي لتطور مجرتنا هو العمليات الديناميكية الداخلية. سيكون هذا هو الحال لبضعة مليارات سنة أخرى. ومع ذلك ، فإن مجرة ​​أندروميدا ، أقرب مجرة ​​مشابهة لنا (والتي تبدو للعين على أنها فقاعة صغيرة شبيهة بالنجوم) ، تقترب 110 كيلومترات من مجرة ​​درب التبانة كل ثانية - وهي مهيأة للتصادم المباشر مع مجرتنا خلال أربعة مليارات سنة (فان دير ماريل وآخرون ، 2012). سيستغرق هذا الاندماج الكبير ملياري سنة حتى يكتمل ، حيث ستُفقد هوية المجرتين اللولبيتين المحظورتين وتشكل بقايا بيضاوية مهيبة.


مخطط "الشوكة الرنانة" الشهير الذي وضعه إدوين هابل عام 1936 ، والذي يصف تصنيف المجرات. تم تصنيف المجرات إلى مجرات بيضاوية (E0 إلى E7) ، عدسية (S0) وحلزونات (S ، أو SB في حالة وجود شريط مركزي).
الصورة بإذن من معهد علوم تلسكوب الفضاء

26.2 أنواع المجرات

بعد إثبات وجود مجرات أخرى ، بدأ هابل وآخرون بمراقبتها عن كثب - ملاحظين أشكالها ومحتوياتها والعديد من الخصائص الأخرى التي يمكنهم قياسها. كانت هذه مهمة شاقة في عشرينيات القرن الماضي عندما كان الحصول على صورة واحدة أو طيف لمجرة قد يستغرق ليلة كاملة من المراقبة الدؤوبة. اليوم ، جعلت التلسكوبات الكبيرة وأجهزة الكشف الإلكترونية هذه المهمة أقل صعوبة ، على الرغم من أن مراقبة المجرات الأبعد (تلك التي تظهر لنا الكون في مراحله الأولى) لا تزال تتطلب جهدًا هائلاً.

غالبًا ما تكون الخطوة الأولى في محاولة فهم نوع جديد من الكائنات هي ببساطة وصفه. تذكر أن الخطوة الأولى في فهم الأطياف النجمية كانت ببساطة فرزها وفقًا للمظهر (انظر تحليل ضوء النجوم). كما اتضح ، تأتي المجرات الأكبر والأكثر سطوعًا في أحد شكلين أساسيين: إما أنها مسطحة وذراع حلزوني ، مثل مجرتنا ، أو تبدو وكأنها بيضاوية الشكل (منطاد أو سيجار). في المقابل ، العديد من المجرات الأصغر لها شكل غير منتظم.

المجرات الحلزونية

مجرتنا ومجرة أندروميدا هما مجرتان حلزونيتان كبيرتان نموذجيتان (انظر [الرابط]). وهي تتكون من انتفاخ مركزي وهالة وقرص وأذرع لولبية. عادة ما تنتشر المادة بين النجوم في جميع أنحاء أقراص المجرات الحلزونية. السدم الانبعاثية الساطعة والنجوم الشابة الساخنة موجودة ، خاصة في الأذرع الحلزونية ، مما يدل على أن تشكل النجوم الجديدة لا يزال يحدث. غالبًا ما تكون الأقراص مغبرة ، وهو أمر ملحوظ بشكل خاص في تلك الأنظمة التي نراها تقريبًا على الحافة (الشكل 1).

المجرات الحلزونية.

شكل 1. (أ) الأذرع الحلزونية لـ M100 ، الموضحة هنا ، أكثر زرقة من بقية المجرة ، مما يشير إلى النجوم الشابة عالية الكتلة ومناطق تشكل النجوم. (ب) نرى هذه المجرة الحلزونية ، NGC 4565 ، على حافة الحافة تقريبًا تمامًا ، ومن هذه الزاوية ، يمكننا أن نرى الغبار في مستوى المجرة يبدو قاتمًا لأنه يمتص الضوء من النجوم في المجرة. (الائتمان أ: تعديل العمل بواسطة Hubble Legacy Archive و NASA و ESA و Judy Schmidt الائتمان ب: تعديل العمل بواسطة "Jschulman555" / ويكيميديا)

في المجرات التي نراها وجهاً لوجه ، تجعل النجوم الساطعة والسدم الانبعاثية أذرع الحلزونات تبرز مثل تلك الموجودة في دولاب الهواء في الرابع من يوليو. يمكن رؤية مجموعات النجوم المفتوحة في أذرع الحلزونات الأقرب ، وغالبًا ما تكون العناقيد الكروية مرئية في هالاتها. تحتوي المجرات الحلزونية على مزيج من النجوم القديمة والشابة ، تمامًا كما تفعل مجرة ​​درب التبانة. جميع الحلزونات تدور ، واتجاه دورانها بحيث تبدو الأذرع وكأنها تتبع إلى حد كبير في أعقاب القارب.

حوالي ثلثي المجرات الحلزونية المجاورة لها قضبان من النجوم على شكل صندوق أو الفول السوداني تمر عبر مراكزها (الشكل 2). إظهارًا لأصالة عظيمة ، يطلق علماء الفلك على هذه المجرات اللوالب المحظورة.

المجرة الحلزونية الضيقة.

الشكل 2. NGC 1300 ، الموضحة هنا ، عبارة عن مجرة ​​حلزونية ضلعية. لاحظ أن الأذرع الحلزونية تبدأ من نهايات الشريط. (الائتمان: NASA و ESA وفريق Hubble Heritage (STScI / AURA))

كما لاحظنا في فصل مجرة ​​درب التبانة ، فإن مجرتنا بها شريط متواضع أيضًا (انظر [الرابط]). تبدأ الأذرع الحلزونية عادةً من نهايات الشريط. تشير حقيقة أن القضبان شائعة جدًا إلى أنها عاشت لفترة طويلة ، فقد تكون معظم المجرات الحلزونية تشكل قضيبًا في مرحلة ما أثناء تطورها.

في كل من المجرات الحلزونية المحظورة وغير المحظورة ، نلاحظ مجموعة من الأشكال المختلفة. في أحد الأطراف ، يكون الانتفاخ المركزي كبيرًا ومضيئًا ، والأذرع خافتة وملفوفة بإحكام ، والسدم الانبعاثية الساطعة والنجوم العملاقة غير واضحة. هابل ، الذي طور نظامًا لتصنيف المجرات حسب الشكل ، أعطى هذه المجرات التسمية Sa. قد لا تحتوي المجرات في هذا الحد الأقصى على بنية ذراع حلزونية واضحة ، مما يؤدي إلى مظهر يشبه العدسة (يشار إليها أحيانًا باسم المجرات العدسية). يبدو أن هذه المجرات تشترك في العديد من الخصائص مع المجرات الإهليلجية كما هو الحال مع المجرات الحلزونية

في الطرف الآخر ، يكون الانتفاخ المركزي صغيرًا والذراعين غير محكمين. في هذه المجرات Sc ، تكون النجوم المضيئة والسدم الانبعاثية بارزة جدًا. مجرتنا ومجرة أندروميدا كلاهما وسيط بين الطرفين. صور المجرات الحلزونية ، التي توضح الأنواع المختلفة ، موضحة في الشكل 3 ، جنبًا إلى جنب مع المجرات الإهليلجية للمقارنة.

تصنيف المجرات هابل.

الشكل 3. يوضح هذا الشكل تصنيف إدوين هابل الأصلي للمجرات. توجد المجرات الإهليلجية على اليسار. على اليمين ، يمكنك رؤية الأشكال الحلزونية الأساسية موضحة ، جنبًا إلى جنب مع صور الحلزونات الفعلية المحظورة وغير المحظورة. (الائتمان: تعديل العمل بواسطة وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية)

يبدو أن الأجزاء المضيئة من المجرات الحلزونية يتراوح قطرها من حوالي 20.000 إلى أكثر من 100.000 سنة ضوئية. وجدت الدراسات الحديثة أن هناك على الأرجح كمية كبيرة من المواد المجرية التي تمتد إلى ما وراء الحافة الظاهرة للمجرات. يبدو أن هذه المادة رقيقة ، غاز بارد يصعب اكتشافه في معظم الملاحظات.

من بيانات الرصد المتاحة ، يقدر أن كتل الأجزاء المرئية من المجرات الحلزونية تتراوح من 1 مليار إلى 1 تريليون شمس (10 9 إلى 10 12 مشمس). يقع إجمالي لمعان معظم اللوالب في حدود 100 مليون إلى 100 مليار ضعف لمعان شمسنا (10 8 إلى 10 11 إلشمس). إن مجرتنا Galaxy و M31 كبيرتان وكبيران نسبيًا ، كما تذهب اللوالب. هناك أيضًا مادة مظلمة كبيرة في المجرات وحولها ، تمامًا كما هو الحال في مجرة ​​درب التبانة ، نستنتج وجودها من مدى سرعة تحرك النجوم في الأجزاء الخارجية من المجرة في مداراتها.

المجرات البيضاوية

المجرات البيضاوية تتكون بالكامل تقريبًا من نجوم قديمة ولها أشكال كروية أو إهليلجية (كرات مضغوطة إلى حد ما) (الشكل 4). لا تحتوي على أي أثر للأذرع الحلزونية. يسود ضوءها نجوم ضاربة إلى الحمرة أقدم (المجموعة الثانية من النجوم التي نوقشت في مجرة ​​درب التبانة). في الأشكال البيضاوية الأكبر المجاورة ، يمكن تحديد العديد من العناقيد الكروية. لا يظهر الغبار والسدم الانبعاثية في المجرات الإهليلجية ، لكن الكثير منها يحتوي على كمية صغيرة من المادة البينجمية.

المجرات البيضاوية.

الشكل 4. (أ) ESO 325-G004 عبارة عن مجرة ​​إهليلجية عملاقة. يمكن رؤية المجرات الإهليلجية الأخرى حول حواف هذه الصورة. (ب) ربما نشأت هذه المجرة الإهليلجية من اصطدام مجرتين حلزونيتين. (الائتمان أ: تعديل العمل بواسطة NASA و ESA وائتمان فريق Hubble Heritage (STScI / AURA) ب: تعديل العمل بواسطة ESA / Hubble ، NASA)

تظهر المجرات الإهليلجية درجات مختلفة من التسطيح ، بدءًا من الأنظمة الكروية تقريبًا إلى تلك التي تقترب من تسطيح الحلزونات. تصل المجسمات البيضاوية العملاقة النادرة (على سبيل المثال ، ESO 325-G004 في الشكل 4) إلى لمعان 10 11 إلشمس. يمكن أن تصل الكتلة في جسم بيضاوي عملاق إلى 10 13 مشمس. تمتد أقطار هذه المجرات الكبيرة على مئات الآلاف من السنين الضوئية وهي أكبر بكثير من أكبر الحلزونات. على الرغم من أن النجوم الفردية تدور حول مركز مجرة ​​إهليلجية ، فإن المدارات ليست كلها في نفس الاتجاه ، كما يحدث في الحلزونات. لذلك ، لا يبدو أن المجسمات البيضاوية تدور بطريقة منهجية ، مما يجعل من الصعب تقدير مقدار المادة المظلمة التي تحتويها.

وجدنا أن المجرات الإهليلجية تتراوح من العمالقة ، الموصوفين للتو ، إلى الأقزام ، والتي قد تكون أكثر أنواع المجرات شيوعًا. البيضاوي القزم (تسمى أحيانًا الأجسام الكروية القزمية) هربت من إشعارنا لفترة طويلة لأنها خافتة جدًا ويصعب رؤيتها. مثال على شكل بيضاوي قزم هو مجرة ​​Leo I Dwarf Spheroidal الموضحة في الشكل 5. لمعان هذا القزم النموذجي مساوٍ تقريبًا لمعان الحشود الكروية الأكثر سطوعًا.

وسيط بين المجرات الإهليلجية العملاقة والقزمة أنظمة مثل M32 و M110 ، وهما رفيقان لمجرة المرأة المسلسلة. بينما يشار إليها غالبًا باسم المجرات الإهليلجية القزمة ، فإن هذه المجرات أكبر بكثير من المجرات مثل Leo I.

مجرة قزم بيضاوية.

الشكل 5. M32 ، مجرة ​​إهليلجية قزمة وأحد رفاق مجرة ​​المرأة المسلسلة العملاقة M31. M32 قزم بمعايير المجرة ، حيث يبلغ عرضه 2400 سنة ضوئية فقط. (الائتمان: NOAO / AURA / NSF)

مجرات غير منتظمة

صنف هابل المجرات التي ليس لها الأشكال المنتظمة المرتبطة بالفئات التي وصفناها للتو في صندوق جامع لمجرة غير منتظمة ، وما زلنا نستخدم مصطلحه. عادةً ما تمتلك المجرات غير المنتظمة كتلًا وإشراقًا أقل من المجرات الحلزونية. غالبًا ما تبدو المجرات غير المنتظمة غير منظمة ، ويخضع العديد منها لنشاط مكثف نسبيًا لتشكيل النجوم. أنها تحتوي على كل من السكان الشباب 1 نجوم وكبار السن 2 نجوم.

أشهر مجرتين غير منتظمتين هما سحابة ماجلان الكبيرة و سحابة ماجلان الصغيرة (الشكل 6) ، والتي تقع على مسافة تزيد قليلاً عن 160.000 سنة ضوئية وهي من بين أقرب جيراننا خارج المجرة. تعكس أسماؤهم حقيقة أن فرديناند ماجلان وطاقمه ، الذين قاموا برحلتهم حول العالم ، كانوا أول مسافرين أوروبيين لاحظهم. على الرغم من عدم رؤيتهما من الولايات المتحدة وأوروبا ، إلا أن هذين النظامين بارزان من نصف الكرة الجنوبي ، حيث يبدوان مثل السحب الناعمة في سماء الليل. نظرًا لأنها تبعد حوالي عُشر مجرة ​​أندروميدا ، فإنها تقدم فرصة ممتازة لعلماء الفلك لدراسة السدم ، والعناقيد النجمية ، والنجوم المتغيرة ، والأشياء الرئيسية الأخرى في إعداد مجرة ​​أخرى. على سبيل المثال ، تحتوي سحابة Magellanic الكبيرة على مركب 30 Doradus (المعروف أيضًا باسم Tarantula Nebula) ، وهي واحدة من أكبر مجموعات النجوم العملاقة المعروفة في أي مجرة ​​وأكثرها لمعانًا.

تلسكوب قطره 4 أمتار في مرصد سيرو تولولو للبلدان الأمريكية مظلل مقابل السماء الجنوبية.

الشكل 6. تُرى مجرة ​​درب التبانة على يمين القبة ، وتُرى سحابة ماجلان الكبيرة والصغيرة إلى اليسار. (الائتمان: روجر سميث / NOAO / AURA / NSF)

سحابة ماجلان الصغيرة أصغر بكثير من سحابة ماجلان الكبيرة ، وهي أطول بست مرات من عرضها. هذا الخيط الضيق من المواد يشير مباشرة نحو مجرتنا مثل السهم. من المرجح أن سحابة ماجلان الصغيرة كانت ملتوية في شكلها الحالي من خلال تفاعلات الجاذبية مع درب التبانة. تناثرت سلسلة كبيرة من الحطام الناتج عن هذا التفاعل بين درب التبانة وسحابة ماجلان الصغيرة عبر السماء ويُنظر إليها على أنها سلسلة من السحب الغازية تتحرك بسرعة عالية بشكل غير طبيعي ، والمعروفة باسم تيار ماجلان. سنرى أن هذا النوع من التفاعل بين المجرات سيساعد في تفسير الأشكال غير المنتظمة لهذه الفئة الكاملة من المجرات الصغيرة ،

تطور غالاكسي

بتشجيع من نجاح مخطط H-R للنجوم (انظر تحليل ضوء النجوم) ، كان علماء الفلك الذين يدرسون المجرات يأملون في العثور على نوع من المخطط القابل للمقارنة ، حيث يمكن ربط الاختلافات في المظهر بمراحل تطورية مختلفة في حياة المجرات. ألن يكون رائعًا إذا تطورت كل مجرة ​​إهليلجية إلى دوامة ، على سبيل المثال ، تمامًا كما يتطور كل نجم في التسلسل الرئيسي إلى عملاق أحمر؟ تمت تجربة العديد من الأفكار البسيطة من هذا النوع ، بعضها بواسطة هابل نفسه ، لكن لم يصمد أي منها أمام اختبار الزمن (والملاحظة).

نظرًا لعدم وجود مخطط بسيط لتطوير نوع من المجرات إلى نوع آخر ، مال علماء الفلك بعد ذلك إلى وجهة النظر المعاكسة. لفترة من الوقت ، اعتقد معظم علماء الفلك أن جميع المجرات تشكلت في وقت مبكر جدًا من تاريخ الكون وأن الاختلافات بينها تتعلق بمعدل تشكل النجوم. كانت المجرات الإهليلجية هي تلك المجرات التي تحولت فيها كل المواد البينجمية بسرعة إلى نجوم. كانت الحلزونات عبارة عن مجرات حدث فيها تشكل النجوم ببطء على مدار عمر المجرة بالكامل. تبين أن هذه الفكرة بسيطة للغاية أيضًا.

اليوم ، نحن نفهم أن بعض المجرات على الأقل قد تغيرت أنواعها على مدى بلايين السنين منذ بداية الكون. كما سنرى في فصول لاحقة ، فإن التصادمات والاندماجات بين المجرات قد تغير بشكل كبير المجرات الحلزونية إلى مجرات إهليلجية. حتى المجرات اللولبية المعزولة (مع عدم وجود مجرات مجاورة في الأفق) يمكن أن تغير مظهرها بمرور الوقت. عندما يستهلكون غازهم ، سوف يتباطأ معدل تكوين النجوم ، وستصبح الأذرع الحلزونية تدريجياً أقل وضوحًا. على مدى فترات طويلة ، تبدأ الحلزونات في الظهور بشكل أشبه بالمجرات في منتصف الشكل 3 (والتي يشير إليها علماء الفلك على أنها أنواع S0).

على مدى العقود العديدة الماضية ، أصبحت دراسة كيفية تطور المجرات على مدار عمر الكون أحد أكثر مجالات البحث الفلكي نشاطًا. سنناقش تطور المجرات بمزيد من التفصيل في The Evolution and Distribution of Galaxies ، لكن دعونا أولاً نرى بمزيد من التفصيل كيف تبدو المجرات المختلفة.

المفاهيم الأساسية والملخص

غالبية المجرات الساطعة إما حلزونية أو بيضاوية. Spiral galaxies contain both old and young stars, as well as interstellar matter, and have typical masses in the range of 10 9 to 10 12 مشمس. Our own Galaxy is a large spiral. Ellipticals are spheroidal or slightly elongated systems that consist almost entirely of old stars, with very little interstellar matter. Elliptical galaxies range in size from giants, more massive than any spiral, down to dwarfs, with masses of only about 10 6 مشمس. Dwarf ellipticals are probably the most common type of galaxy in the nearby universe. A small percentage of galaxies with more disorganized shapes are classified as irregulars. Galaxies may change their appearance over time due to collisions with other galaxies or by a change in the rate of star formation.


1. how do galaxies change over time? 2. how are galaxies created? 3. how was hubble important to our understanding of galaxies? 4. how does the milky way compare with other galaxies within the universe? 5. how do gravity and dark matter shape the galaxies and affect their environment?

1. Galaxies are constantly evolving with time, and one manner that they do this is that they change their rotation. This is apparent from the knowledge we have of initially formed galaxies which are spiral like in the beginning, but over time transform into what seems like smooth, barren disks. Another difference is that some galaxies are younger than others, and the age difference is observed with younger galaxies having a higher number of stars that are also comparatively brighter, which makes these galaxies look blue. Older galaxies contain older stars, and older stars are seen to give off red light, which is why these galaxies seem red. Galaxies also undergo various physical and chemical changes, and older galaxies are more structured.

2. Galaxies are brought into formation with the major factor being gravity. The force of gravity is responsible for attracting various stars, collapsing gas, dust clouds and other dark matter into a structured body. Over time the organization becomes more defined. So basically, a galaxy starts off as clouds of dust and stars in space, which come into proximity with other similar clouds, and their subsequent interactions shape the structure of the galaxy.

3. Edwin Hubble, also known as the 'pioneer of distant stars', has contributed to out understanding of galaxies in that he was the first person to prove the existence of galaxies other than the Milky Way, through his studies on spiral nebulae (which were formerly thought to be clouds of dust and gas, but were actually galaxies). He also established the relationship of red shift of a galaxy (recession velocity) and the distance of the galaxy from the Earth - a directly proportional relationship, which is known as the Hubble's Law.

4. The Milky Way is found to be considerably larger, about ten times, than the average dwarf galaxy being 100,000 light years across in diameter. The Milky Way is home to 200 billion stars, and with the capacity (dust and gas) to give rise to billions more. The Milky Way is the biggest galaxy in the Virgo Supercluster, and is relatively old in comparison with most other galaxies within the universe.

5. Dark matter and gravity play a role in determining the structure of the galaxy and influences the environment over time. Dark matter contributes to the mass of the galaxy, and this affects the spin of the galaxy. The more the mass of a galaxy (or more massive a galaxy) the greater would be its rotation. Gravity is the acting force that holds the components of galaxy in place, such as the dust clouds, colonies of star, gas and dark matter. Gravity influences the structure in that it exerts and inward pull on the stars, resulting in the spiral arm structure of a galaxy, which over time tends to be more eclipse like.


المفاهيم الأساسية والملخص

The majority of bright galaxies are either spirals or ellipticals. Spiral galaxies contain both old and young stars, as well as interstellar matter, and have typical masses in the range of 10 9 to 10 12 مشمس. Our own Galaxy is a large spiral. Ellipticals are spheroidal or slightly elongated systems that consist almost entirely of old stars, with very little interstellar matter. Elliptical galaxies range in size from giants, more massive than any spiral, down to dwarfs, with masses of only about 10 6 مشمس. Dwarf ellipticals are probably the most common type of galaxy in the nearby universe. A small percentage of galaxies with more disorganized shapes are classified as irregulars. Galaxies may change their appearance over time due to collisions with other galaxies or by a change in the rate of star formation.