قرار ملاقات کهکشان ما با نابودي
نويسنده: آبراهام لوئب و تي. جِي. کاکس
ترجمه: کيارا عباس زاده اقدم
ترجمه: کيارا عباس زاده اقدم
حدود5 ميليارد سال بعد، راه شيري با همسايه اش - کهکشان آندرومدا - برخورد خواهد کرد. پس از اين برخورد، آسمان شب چگونه خواهد بود؟
کهکشان ما، راه شيري ونزديک ترين همسايه ي بزرگ آن، کهکشان آندرومدا (M31) ، در مسير برخورد با يکديگر قرار دارند. ميلياردها سال بعد، ادغام اين دو کهکشان، ساختار هر دو آن ها را دگرگون خواهد کرد و آرايش جديدي از ستارگان را به وجود خواهد آورد که ما آن را ميلکومدا (ترکيب شده از نام هر دو کهکشان) ناميده ايم. اين ادغام، آسمان شب را به طور اساسي دگرگون خواهد کرد. اما آن را به چه شکلي درخواهد آورد؟
اکنون، قرص نازک گاز و ستاره هاي راه شيري به صورت نوار ابر مانندي از يک سوي آسمان تا سوي ديگر آن به شکل کماني کشيده شده است. با برخورد خراشان آندرومدا با راه شيري، نوار دومي از ستاره ها به نوار فعلي، که در هنگام تابستان زينت بخش آسمان شب است، ملحق خواهد شد. پس از ادغام نهايي، ستارگان ديگر به دو نوار باريک محدود نخواهند بود، بلکه در سراسر آسمان پراکنده خواهند شد.
ما در تحقيقات خود، با شبيه سازي تولد ميلکومدا در يک اَبررايانه، به بررسي سرانجام راه شيري پرداختيم. اين شبيه سازي ها از چنان دقتي برخوردارند که مي توانيم درباره ي اين ادغام پيش رو و اين که چگونه چشم انداز ما از عالم را تغيير خواهد داد، مطالب زيادي بياموزيم. اگرچه ما هنگام اين رويداد اين جانخواهيم بود تا شاهد آن باشيم - يا مسئوليتي را در قبال دقيق از آب درآمدن پيش بيني هايمان بپذيريم - اين نخستين پژوهش در زندگي حرفه اي ماست که تا 65 ميليارد سال ديگر هم کسي ما را بازخواست نخواهد کرد.
هر گروه کهکشاني از دو يا چند کهکشان پُر جرم نسبتاً نزديک به هم تشکيل مي شود. تراکم کهکشان هايي که گروه ها را تشکيل مي دهند حاکي از آن است که آن ها به طور گرانشي به هم وابسته اند و به لحاظ ديناميکي با هم جفت شده اند. به زبان ساده، يعني کهکشان ها به صورت گرانشي يکديگر را جذب مي کنند و بنابراين تغيير در هر کدام، سرانجام ديگري را تحت تأثير قرار خواهد داد.
شواهد و مدارک ارتباط ديناميکي ميان راه شيري و آندرومدا از حرکت هاي نسبي آن ها به دست مي آيد. اين دو کهکشان با سرعت تقريبي 190000 کيلومتر بر ساعت در حال حرکت به سوي هم هستند. علت اين که ما اين مطلب را مي دانيم آن است که خطوط طيفي نور آندرومدا به خاطر اثر دوپلر انتقال به آبي نشان مي دهند - يعني به طرف انتهاي آبي طيف جابه جا شده اند. در حالي که بيشتر کهکشان هاي عالم در حال دور شدن از راه شيري هستند.
ترکيب استدلال زماني با برآورد سرعت هاي نسبي دو کهکشان و نيز عوامل ديگر، نشان مي دهد که جرم کل گروه محلي حدود 3 تريليون برابر جرم خورشيد است. اين استدلال همچنين حاکي از آن است که راه شيري و آندرومدا در حدود 4 ميليارد سال ديگر از نزديک هم عبور خواهند کرد.
کار کان و ولتير الهام بخش نسلي از بررسي ها بود که محدوده ي جرم گروه محلي را بيشتر مشخص کرد و ويژگي هاي مهمي از مدار آندرومدا، مانند انرژي کل حرکت آن را آشکار کرد. اما استدلال زماني اين قابليت را ندارد که ديناميک پيچيده ي ادغام کهکشان هاي گسترده را دنبال کند. بنابراين نمي تواند آرايش آينده ي گروه محلي را پيش بيني کند. اخترشناسان براي فرآيندهايي به پيچيدگي ادغام کهکشان ها، نياز به ابزارهاي قوي تري دارند.
براي شبيه سازي تکامل گروه محلي، نخست مدلي رياضي را که توصيف کننده ي وضعيت فعلي آن باشد ايجاد مي کنيم. اين کار براي راه شيري و آندرومدا سر راست است. چندين دهه رصد به ما امکان مي دهد مقدار گاز، ستاره ها و بقيه ي مواد مربوطه را برآورد کنيم. مي توانيم يک برآورد جرم قابل قبول در مورد کهکشان راه شيري و آندارومدا، کاملاً فراتر از بخش دروني قابل رويت هر کهکشان داشته باشيم.
اما جرم کل راه شيري و آندرومدا همچنان کم تر از تقريباً هر عددي است که استدلال زماني به دست مي دهد. اين امر مستلزم آن است که جرمي اضافه در گروه محلي وجود داشته باشد. اين جرم گمشده، محيط ميان کهکشاني پراکنده و پخش شامل اتم ها، گاز و غبار ميان کهکشان هاست. کهکشان ها صرفاً بخش هاي قابل رويت ماده هستند. مقدار زيادي از جرم به آساني آشکار نمي شود.
از اوايل اخترشناسي، کهکشان هاي در حال ادغام به خاطر شکل هاي غير عادي و پيچيده شان، اجرامي عجيب قلمداد شده اند. اما اخترشناسان اکنون مي دانند که فرآيند ادغام، روند تکامل کهکشاني را به طرز قابل توجهي پيش مي برد. ادغام کهکشان ها، موجي از شکل گيري ستاره ها را به راه مي اندازد، هسته هاي کهکشاني درخشان (اختروش ها) را متولد مي کند و کهکشان هاي مارپيچي را به کهکشان هاي يکنواخت کروي يا بيضوي تبديل مي کند.
يکي از مشخصه هاي برهم کنش هاي کهکشاني، ظاهر شدن جريان هاي طويلي از ستاره ها و گاز است که از يکي يا هر دو کهکشان شرکت کننده در فرآيند ادغام به بيرون کشيده مي شود و امتداد مي يابد. ما معمولاً به اين اجزاء، دنباله هاي کشندي مي گوييم. آن ها از نيروهاي گرانشي قوي اي که بين کهکشان هاي در حال ادغام در کارند، ناشي مي شوند. همچنان که اين دنباله ها شکل مي گيرند، ستاره ها و گاز را از کهکشان ميزبان جدا کرده و آن ها را به فضاي ميان کهکشاني پرتاب مي کنند.
با تکامل گروه محلي، راه شيري و آندرومدا بر اثر گرانش متقابلشان شروع به تأثيرگذاري ديناميکي بر يکديگر خواهند کرد. در نتيجه اين امکان وجود دارد که خورشيد - و زمين و ساير سياره ها - به درون دنباله اي کشندي کشيده شوند. در طول اين دوران، مشاهده گران آسمان يکي از بي همتاترين چشم اندازهاي قابل تصور را خواهند داشت. همان طور که کهکشان ما رقص گرانشي خود را با آندرومدا تجربه مي کند، پاره هاي راه شيري بخش بزرگي از آسمان شب را فرا خواهد گرفت.
از آن جا که فقط بخش کوچکي از جرم يک کهکشان سر از دنباله ي کشندي آن در مي آورد، اين محتمل تر است که خورشيد سفري آرام تر را در پيش رو داشته باشد. بيشتر ستاره ها در کهکشان هاي در حال ادغام نسبتاً نزديک به کهکشان ميزبان خود باقي مي مانند. بر اساس شبيه سازي هاي ما، احتمال اين که خورشيد به ناحيه اي پرت، مانند دنباله ي کشندي، تبعيد شود نسبتاً کم است.
پژوهش ما حاکي از آن است که راه شيري و آندرومدا حدود 2 ميليارد سال ديگر شروع به برهم کنشي شديد خواهند کرد و فرآيند ادغام را در حدود 5 ميليارد سال ديگر کامل خواهند کرد. اين رقم 5 ميليارد سال به طور خاص قابل توجه است چون با طول عمر باقي مانده ي خورشيد برابر است. در حال حاضر خورشيد نيمي از عمر خود را سپري کرده و سرانجام شروع به انبساط خواهد کرد. در اين زمان، خورشيد همه ي هيدروژن موجود در دسترس اش را مصرف مي کند و ظرف 5ميليارد سال به مرحله ي غول سرخي وارد خواهد شد. به طور خلاصه، خورشيد در تولد ميلکومدا در حال احتضار خواهد بود.
مرحله ي غول سرخي خورشيد، براي حيات روي زمين وضعيت نسبتاً دشواري را ايجاد مي کند؛ در واقع به پايان يافتن حياتي که ما مي شناسيم منجر خواهد شد. اما اين، با امکان مسکوني کردن سياره هاي قابل سکونت در اطراف ستاره اي نزديک مغايرتي ندارد. بنابراين، اين امکان وجود دارد که اخترشناسان آينده بتوانند بخشي، اگرنه کل، تکامل گروه محلي را که ما شبيه سازي کرده ايم ببينند.
اگرچه راه شيري و آندرومدا با هم ادغام خواهند شد، اما ستاره هاي درون دو کهکشان، از جمله خورشيدما، با هم برخورد فيزيکي نخواهند داشت. علت، فواصل فوق العاده زياد ميان ستاره ها در کهکشان هاست. به عنوان مثال اگر خورشيد را به اندازه ي توپ پينگ پنگ در نظر بگيريم، نزديک ترين ستاره (پروکسيما قنطورس)، توپ پينگ پنگ ديگري در فاصله ي تقريباً 1600 کيلومتري آن خواهد بود.
شکل کروي ميلکومدا نامعمول نيست، بلکه مشخصه هاي رده ي عمده اي از اجرام به نام کهکشان هاي بيضوي است. چنين کهکشان هايي به طور معمول ميزبان ستاره هاي نسبتاً پير هستند. احتمالاً بسياري از اين کهکشان ها در کيهان امروز بر اثر ادغام ميان قرص هاي کهکشاني شکل گرفته اند که در آن ها ستاره ها در دوره هاي قديمي تر کيهان شکل گرفته بودند.
سرنوشت خورشيد احتمالاً اين خواهد بود که بيشتر زمانش را در اطراف و حومه ي کهکشان سپري کند. ادغام، تکانه (انرژي) مداري راه شيري و آندرومدا را در ميان هر يک از ستاره هاي ميلکومدا باز توزيع خواهد کرد. ستاره ها پس از ادغام تکانه ي بيشتري خواهند داشت و بنابراين در فاصله ي ميانگين بزرگ تري به دور مرکز ميلکومدا خواهند گشت.
ده ها ميليارد سال بعد، انبساط شتابدار فضا، تمام کهکشان هاي دوردست را از ما دورتر و دورتر خواهد برد. زماني که آهنگ عقب رفتن هر کهکشان دوردستي از سرعت نور نسبت به ما بيشتر شود، نور آن نخواهد توانست فاصله و خلاً در حال انبساط را طي کند.
در چنين زماني، ديگر نخواهيم توانست آن کهکشان ها را ببينيم. آن ها به تدريج از تيررس قوي ترين تلسکوپ ها محو مي شوند. ديگر اخترشناسان قادر نخواهند بود به آسمان نگاهي بيندازند و کهکشان هاي دوردست را بررسي کنند تا درباره ي کهکشان ما مطالبي بياموزند.
اما مقدمه و سرآغاز اين سرنوشت غم انگيز بسيار سرگرم کننده وجالب توجه خواهد بود. در طي پنج ميليارد سال آينده، اخترشناسان آتش بازي ستاره اي را در يکي از عظيم ترين نمايش هاي تاريخ مشاهده خواهند کرد: تبديل کهکشان راه شيري و آندرومدا به ميلکومدا. بنابراين بنشينيد و منتظر آغاز اين نمايش باشيد.
منبع: نجوم، شماره 191
کهکشان ما، راه شيري ونزديک ترين همسايه ي بزرگ آن، کهکشان آندرومدا (M31) ، در مسير برخورد با يکديگر قرار دارند. ميلياردها سال بعد، ادغام اين دو کهکشان، ساختار هر دو آن ها را دگرگون خواهد کرد و آرايش جديدي از ستارگان را به وجود خواهد آورد که ما آن را ميلکومدا (ترکيب شده از نام هر دو کهکشان) ناميده ايم. اين ادغام، آسمان شب را به طور اساسي دگرگون خواهد کرد. اما آن را به چه شکلي درخواهد آورد؟
اکنون، قرص نازک گاز و ستاره هاي راه شيري به صورت نوار ابر مانندي از يک سوي آسمان تا سوي ديگر آن به شکل کماني کشيده شده است. با برخورد خراشان آندرومدا با راه شيري، نوار دومي از ستاره ها به نوار فعلي، که در هنگام تابستان زينت بخش آسمان شب است، ملحق خواهد شد. پس از ادغام نهايي، ستارگان ديگر به دو نوار باريک محدود نخواهند بود، بلکه در سراسر آسمان پراکنده خواهند شد.
ما در تحقيقات خود، با شبيه سازي تولد ميلکومدا در يک اَبررايانه، به بررسي سرانجام راه شيري پرداختيم. اين شبيه سازي ها از چنان دقتي برخوردارند که مي توانيم درباره ي اين ادغام پيش رو و اين که چگونه چشم انداز ما از عالم را تغيير خواهد داد، مطالب زيادي بياموزيم. اگرچه ما هنگام اين رويداد اين جانخواهيم بود تا شاهد آن باشيم - يا مسئوليتي را در قبال دقيق از آب درآمدن پيش بيني هايمان بپذيريم - اين نخستين پژوهش در زندگي حرفه اي ماست که تا 65 ميليارد سال ديگر هم کسي ما را بازخواست نخواهد کرد.
گروه محلي
هر گروه کهکشاني از دو يا چند کهکشان پُر جرم نسبتاً نزديک به هم تشکيل مي شود. تراکم کهکشان هايي که گروه ها را تشکيل مي دهند حاکي از آن است که آن ها به طور گرانشي به هم وابسته اند و به لحاظ ديناميکي با هم جفت شده اند. به زبان ساده، يعني کهکشان ها به صورت گرانشي يکديگر را جذب مي کنند و بنابراين تغيير در هر کدام، سرانجام ديگري را تحت تأثير قرار خواهد داد.
شواهد و مدارک ارتباط ديناميکي ميان راه شيري و آندرومدا از حرکت هاي نسبي آن ها به دست مي آيد. اين دو کهکشان با سرعت تقريبي 190000 کيلومتر بر ساعت در حال حرکت به سوي هم هستند. علت اين که ما اين مطلب را مي دانيم آن است که خطوط طيفي نور آندرومدا به خاطر اثر دوپلر انتقال به آبي نشان مي دهند - يعني به طرف انتهاي آبي طيف جابه جا شده اند. در حالي که بيشتر کهکشان هاي عالم در حال دور شدن از راه شيري هستند.
زمان اهميت دارد
ترکيب استدلال زماني با برآورد سرعت هاي نسبي دو کهکشان و نيز عوامل ديگر، نشان مي دهد که جرم کل گروه محلي حدود 3 تريليون برابر جرم خورشيد است. اين استدلال همچنين حاکي از آن است که راه شيري و آندرومدا در حدود 4 ميليارد سال ديگر از نزديک هم عبور خواهند کرد.
کار کان و ولتير الهام بخش نسلي از بررسي ها بود که محدوده ي جرم گروه محلي را بيشتر مشخص کرد و ويژگي هاي مهمي از مدار آندرومدا، مانند انرژي کل حرکت آن را آشکار کرد. اما استدلال زماني اين قابليت را ندارد که ديناميک پيچيده ي ادغام کهکشان هاي گسترده را دنبال کند. بنابراين نمي تواند آرايش آينده ي گروه محلي را پيش بيني کند. اخترشناسان براي فرآيندهايي به پيچيدگي ادغام کهکشان ها، نياز به ابزارهاي قوي تري دارند.
شبيه سازي گروه محلي
براي شبيه سازي تکامل گروه محلي، نخست مدلي رياضي را که توصيف کننده ي وضعيت فعلي آن باشد ايجاد مي کنيم. اين کار براي راه شيري و آندرومدا سر راست است. چندين دهه رصد به ما امکان مي دهد مقدار گاز، ستاره ها و بقيه ي مواد مربوطه را برآورد کنيم. مي توانيم يک برآورد جرم قابل قبول در مورد کهکشان راه شيري و آندارومدا، کاملاً فراتر از بخش دروني قابل رويت هر کهکشان داشته باشيم.
اما جرم کل راه شيري و آندرومدا همچنان کم تر از تقريباً هر عددي است که استدلال زماني به دست مي دهد. اين امر مستلزم آن است که جرمي اضافه در گروه محلي وجود داشته باشد. اين جرم گمشده، محيط ميان کهکشاني پراکنده و پخش شامل اتم ها، گاز و غبار ميان کهکشان هاست. کهکشان ها صرفاً بخش هاي قابل رويت ماده هستند. مقدار زيادي از جرم به آساني آشکار نمي شود.
وقتي کهکشان ها برخورد مي کنند
از اوايل اخترشناسي، کهکشان هاي در حال ادغام به خاطر شکل هاي غير عادي و پيچيده شان، اجرامي عجيب قلمداد شده اند. اما اخترشناسان اکنون مي دانند که فرآيند ادغام، روند تکامل کهکشاني را به طرز قابل توجهي پيش مي برد. ادغام کهکشان ها، موجي از شکل گيري ستاره ها را به راه مي اندازد، هسته هاي کهکشاني درخشان (اختروش ها) را متولد مي کند و کهکشان هاي مارپيچي را به کهکشان هاي يکنواخت کروي يا بيضوي تبديل مي کند.
يکي از مشخصه هاي برهم کنش هاي کهکشاني، ظاهر شدن جريان هاي طويلي از ستاره ها و گاز است که از يکي يا هر دو کهکشان شرکت کننده در فرآيند ادغام به بيرون کشيده مي شود و امتداد مي يابد. ما معمولاً به اين اجزاء، دنباله هاي کشندي مي گوييم. آن ها از نيروهاي گرانشي قوي اي که بين کهکشان هاي در حال ادغام در کارند، ناشي مي شوند. همچنان که اين دنباله ها شکل مي گيرند، ستاره ها و گاز را از کهکشان ميزبان جدا کرده و آن ها را به فضاي ميان کهکشاني پرتاب مي کنند.
با تکامل گروه محلي، راه شيري و آندرومدا بر اثر گرانش متقابلشان شروع به تأثيرگذاري ديناميکي بر يکديگر خواهند کرد. در نتيجه اين امکان وجود دارد که خورشيد - و زمين و ساير سياره ها - به درون دنباله اي کشندي کشيده شوند. در طول اين دوران، مشاهده گران آسمان يکي از بي همتاترين چشم اندازهاي قابل تصور را خواهند داشت. همان طور که کهکشان ما رقص گرانشي خود را با آندرومدا تجربه مي کند، پاره هاي راه شيري بخش بزرگي از آسمان شب را فرا خواهد گرفت.
از آن جا که فقط بخش کوچکي از جرم يک کهکشان سر از دنباله ي کشندي آن در مي آورد، اين محتمل تر است که خورشيد سفري آرام تر را در پيش رو داشته باشد. بيشتر ستاره ها در کهکشان هاي در حال ادغام نسبتاً نزديک به کهکشان ميزبان خود باقي مي مانند. بر اساس شبيه سازي هاي ما، احتمال اين که خورشيد به ناحيه اي پرت، مانند دنباله ي کشندي، تبعيد شود نسبتاً کم است.
برگشتن بخت
پژوهش ما حاکي از آن است که راه شيري و آندرومدا حدود 2 ميليارد سال ديگر شروع به برهم کنشي شديد خواهند کرد و فرآيند ادغام را در حدود 5 ميليارد سال ديگر کامل خواهند کرد. اين رقم 5 ميليارد سال به طور خاص قابل توجه است چون با طول عمر باقي مانده ي خورشيد برابر است. در حال حاضر خورشيد نيمي از عمر خود را سپري کرده و سرانجام شروع به انبساط خواهد کرد. در اين زمان، خورشيد همه ي هيدروژن موجود در دسترس اش را مصرف مي کند و ظرف 5ميليارد سال به مرحله ي غول سرخي وارد خواهد شد. به طور خلاصه، خورشيد در تولد ميلکومدا در حال احتضار خواهد بود.
مرحله ي غول سرخي خورشيد، براي حيات روي زمين وضعيت نسبتاً دشواري را ايجاد مي کند؛ در واقع به پايان يافتن حياتي که ما مي شناسيم منجر خواهد شد. اما اين، با امکان مسکوني کردن سياره هاي قابل سکونت در اطراف ستاره اي نزديک مغايرتي ندارد. بنابراين، اين امکان وجود دارد که اخترشناسان آينده بتوانند بخشي، اگرنه کل، تکامل گروه محلي را که ما شبيه سازي کرده ايم ببينند.
اگرچه راه شيري و آندرومدا با هم ادغام خواهند شد، اما ستاره هاي درون دو کهکشان، از جمله خورشيدما، با هم برخورد فيزيکي نخواهند داشت. علت، فواصل فوق العاده زياد ميان ستاره ها در کهکشان هاست. به عنوان مثال اگر خورشيد را به اندازه ي توپ پينگ پنگ در نظر بگيريم، نزديک ترين ستاره (پروکسيما قنطورس)، توپ پينگ پنگ ديگري در فاصله ي تقريباً 1600 کيلومتري آن خواهد بود.
آرامگاه نهايي ما
شکل کروي ميلکومدا نامعمول نيست، بلکه مشخصه هاي رده ي عمده اي از اجرام به نام کهکشان هاي بيضوي است. چنين کهکشان هايي به طور معمول ميزبان ستاره هاي نسبتاً پير هستند. احتمالاً بسياري از اين کهکشان ها در کيهان امروز بر اثر ادغام ميان قرص هاي کهکشاني شکل گرفته اند که در آن ها ستاره ها در دوره هاي قديمي تر کيهان شکل گرفته بودند.
سرنوشت خورشيد احتمالاً اين خواهد بود که بيشتر زمانش را در اطراف و حومه ي کهکشان سپري کند. ادغام، تکانه (انرژي) مداري راه شيري و آندرومدا را در ميان هر يک از ستاره هاي ميلکومدا باز توزيع خواهد کرد. ستاره ها پس از ادغام تکانه ي بيشتري خواهند داشت و بنابراين در فاصله ي ميانگين بزرگ تري به دور مرکز ميلکومدا خواهند گشت.
سرنوشت گروه محلي در آينده ي دور
ده ها ميليارد سال بعد، انبساط شتابدار فضا، تمام کهکشان هاي دوردست را از ما دورتر و دورتر خواهد برد. زماني که آهنگ عقب رفتن هر کهکشان دوردستي از سرعت نور نسبت به ما بيشتر شود، نور آن نخواهد توانست فاصله و خلاً در حال انبساط را طي کند.
در چنين زماني، ديگر نخواهيم توانست آن کهکشان ها را ببينيم. آن ها به تدريج از تيررس قوي ترين تلسکوپ ها محو مي شوند. ديگر اخترشناسان قادر نخواهند بود به آسمان نگاهي بيندازند و کهکشان هاي دوردست را بررسي کنند تا درباره ي کهکشان ما مطالبي بياموزند.
اما مقدمه و سرآغاز اين سرنوشت غم انگيز بسيار سرگرم کننده وجالب توجه خواهد بود. در طي پنج ميليارد سال آينده، اخترشناسان آتش بازي ستاره اي را در يکي از عظيم ترين نمايش هاي تاريخ مشاهده خواهند کرد: تبديل کهکشان راه شيري و آندرومدا به ميلکومدا. بنابراين بنشينيد و منتظر آغاز اين نمايش باشيد.
منبع: نجوم، شماره 191
