بیگ بنگ: زمین در کهکشان راه شیری قرار دارد. بخشی از این کهکشان در یک شب واضح از زمین قابل رویت است که به صورت نوار ضخیمی از ستارگان در پهنه آسمان گسترده‌ شده‌اند. ما هزاران ستاره را می توانیم با چشم غیرمسلح و بسیاری دیگر را با تلسکوپ یا دوربین مشاهده کنیم. اما چند ستاره در راه شیری وجود دارد و اخترشناسان چطور به آن پی می برند؟

به گزارش بیگ بنگ، «دیوید کورنریچ» استادیار دانشگاه ایتاکا در نیویورک گفت: «پاسخگویی به این پرسش واقعا کار سختی است. نمی توانید یک جا بنشینید و ستاره‌های موجود در یک کهکشان را بشمارید.» حتی در کهکشان آندرومدا که حدود 2.3 میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد و یک کهکشان درخشان، بزرگ و نسبتا نزدیک به زمین است، تنها بزرگترین ستاره‌ها و چند ستارۀ متغیر (از قبیل ستاره‌های متغیر قیقاووسی) به قدر کافی درخشان هستند که بتوان از آن فاصله با تلسکوپ به مشاهده‌شان پرداخت. دیدنِ ستاره‌ای به اندازۀ خورشید برای ما بسیار دشوار است. پس اخترشناسان از برخی روش‌های توضیح داده شده در زیر استفاده می کنند.

ساختار کهکشان راه شیری

از روی مشاهدات، اخترشناسان می دانند که راه شیری یک کهکشان مارپیچی میله‌ای است که حدود 100 هزار سال نوری گستردگی دارد. نمایی از بیرون کهکشان می تواند حالت متورمی را که با چهار بازو احاطه شده، نشان بدهد. بازوهای اصلی راه شیری برساوش(Perseus) و کمان(Sagittarius) نام دارند. خورشید در مرکز یکی از دو بازوی کوچک قرار دارد که بازوی شکارچی(Orion) نامیده می شود. راه شیری از یک هاله گازی داغ و عظیم در اطراف خود برخوردار است که قطر آن به صدها هزار سال نوری می رسد. بر اساس براورد اخترشناسان، بزرگی این هاله با تمامی ستارگان موجود در راه شیری برابری می کند.

اما مشاهده بسیاری از ستارگان راه شیری با دشواری‌های جدی همراه است. زیرا مرکز کهکشان دارای بخش متورمی است که ستارگان، گازها و گرد و غبار را در دل خود جای داده است؛ به علاوه یک سیاهچاله غول‌پیکر در این ناحیه وجود دارد. این ناحیه آنقدر ضخامت بالایی دارد که حتی تلسکوپ‌های قوی هم نمی توانند درون آن را مشاهده کنند. اخترشناسان مطمئن نیستند که این بخش ضخیم چه زمان و چگونه ایجاد شد؛ برخی مدعی شده‌اند که تاریخچۀ ابتدایی راه شیری زمانی دچار تغییر شد که کهکشان ما با کهکشان دیگری برخورد کرد.

اخترشناسان در گذشته فکر می کردند همۀ ستاره‌های موجود در جهان در درون راه شیری قرار دارند، اما این ایده در دهه 1920 میلادی دستخوش تغییر قرار گرفت. یک اخترشناس به نام «ادوین هابل» از ستاره‌ای به نام متغیر قیقاووسی برای اندازه‌گیری فواصل در آسمان استفاده کرد. اخترشناسان از آنجا یاد گرفتند که کهکشان‌های متعددی جُدا از راه شیری وجود دارند.

بررسی‌های وسیع

عمده‌ترین راه که اخترشناسان از آن برای تخمین ستارگان در یک کهکشان استفاده می کنند، تعیین جرم آن کهکشان است. با نگاه کردن به چگونگی چرخش کهکشان و طیف آن با استفاده از روش طیف‌سنجی، می توان جرم آن را تخمین زد. همۀ کهکشان‌ها در حال دور شدن از یکدیگر هستند و نور آنها به انتهای قرمز طیف حرکت می کند، زیرا این کار باعث کشیدگی طول موج‌های نور می شود که به آن «انتقال به سرخ» گفته می شود. اما در یک کهکشانِ در حال چرخش، یک قسمت هم مایل به انتقال به آبی خواهد بود چرا که آن قسمت تا حدودی به سمت کهکشان ما حرکت می کند. اخترشناسان باید بدانند که تمایل یا جهت‌گیری کهکشان به قبل از تخمین مربوط می شود و این گاهی اوقات فقط یک حدس علمی است.

روشی به نام «طیف سنجی long-slit» بهترین راه برای انجام این کار است. در اینجا، جرم طویلی مثل کهکشان از درون یک شیء طویل مورد مشاهده قرار می گیرد و نور با استفاده از وسیله‌ای مثل منشور منکسر می شود. این باعث می شود رنگ‌های ستاره‌ها به رنگ‌های رنگین کمان تجزیه گردد. برخی از رنگ‌ها وجود نخواهند داشت. پس اخترشناسان با این روش می توانند دریابند که چه عناصری در ستاره‌ها وجود دارد. هر نوع ستاره از اثر شیمیایی منحصربفردی برخوردار است که در تلسکوپ به چشم می خورد. این کار، مبنای توالی «OBAFGKM» است که اخترشناسان از آن برای تفکیک میان انواع ستاره‌ها استفاده می کنند.

هر نوع تلسکوپی می تواند این نوع فرایند طیف‌سنجی را به انجام برساند. «کورنریچ» غالبا از تلسکوپ 200 اینچیِ واقع در رصدخانه پالومار در موسسه فناوری کالیفرنیا استفاده می کند، اما او افزود که تقریبا هر تلسکوپی با اندازه مناسب می تواند کفایت کند. در ایده‌آل‌ترین حالت باید از یک تلسکوپ واقع در مدار استفاده کرد؛ زیرا در اثر آلودگی نوری، پراکندگی در اتمسفر زمین روی می دهد؛ البته رویدادهای طبیعی هم در این بین نقش دارند، حتی رویداد ساده‌ای مثل غروب خورشید. تلسکوپ فضایی هابل یک رصدخانه شناخته شده برای این نوع کارهاست. تلسکوپ فضایی جیمز وب هم انتظار می رود تا سال 2021 به فضا پرتاب گردد. چالش پیش‌رو این است که هابل تلسکوپی با کارایی بسیار بالاست که شدیدا مورد نیاز می باشد. انتظار می رود جیمز وب پس از پرتاب شدن، چنین وظیفه خطیری را بر عهده بگیرد. پس در مشاهدات نمی توان کل وقت را صرف تخمین جرم کهکشان‌ها کرد. [چگونه از کهکشان راه شیری عکس تهیه می شود]

چه مقدار از جرم را ستاره‌ها تشکیل می دهند؟

در میان کهکشان‌های مختلف با جرم یکسان، تفاوت هایی در نوع ستاره‌ها و جرم کلی آنها وجود دارد. کورنریچ هشدار داد که ارائه نظرات کلی در این مورد می تواند بسیار دشوار باشد، اما در ضمن گفت که یک تفاوت می تواند به نگاه کردن به کهکشان‌های بیضوی و کهکشان‌های مارپیچی مثل کهکشان خودمان یعنی راه شیری خلاصه گردد. کهکشان‌های بیضوی ستاره‌های کوتوله سرخ نوع «M» و نوع «K» بیشتری در مقایسه با کهکشان‌های مارپیچی دارند. چون کهکشان‌های بیضوی قدمت بیشتری دارند، گاز کمتری خواهند داشت زیرا در طول تکامل‌شان از آنجا گریخته است.

به محض مشخص شدن جرم یک کهکشان، باید به این نکته مهم پی برد که چه مقدار از آن جرم از ستاره‌ها تشکیل یافته است. قسمت عمده جرم از ماده تاریک تشکیل شده است؛ نوعی ماده که هیچ نوری منتشر نمی کند اما گفته می شود که قسمت اعظم جرم جهان را به خود اختصاص داده است. کورنریچ بیان کرد: «باید به مدل‌سازی کهکشان پرداخت و دید که آیا می توان فهمید چه درصد از آن جرم به ستارگان تعلق دارد یا خیر. در یک کهکشان عادی، اگر جرم آن را با نگاه کردن به منحنی چرخش اندازه بگیرید، در حدود 90% آن به ماده تاریک تعلق دارد.»

بر طبق براوردهای کورنریچ، در حدود 3% جرم کهکشان از ستارگان تشکیل یافته است، اما این مقدار می تواند متفاوت باشد. علاوه بر این، اندازۀ ستاره‌ها نیز می تواند متغیر باشد. پس هیچ راهی برای تعیین دقیق تعداد ستارگان وجود ندارد؟ در پایان، باید به براوردها بسنده کرد. در یکی از محاسبات، راه شیری جرمی در حدود 100 میلیارد برابر جرم خورشید دارد. در ساده‌ترین حالت می توان مدعی شد که راه شیری بین 100 الی 400 میلیارد ستاره در دل خود جای داده است. این تعداد شامل ستاره‌هایی که بزرگتر یا کوچکتر از خورشید هستند نیز می شود. با این حال، تخمین جرم کاری چالش برانگیز است. بر اساس برخی دیگر از براوردها، کهکشان راه شیری بین 400 میلیارد تا 700 میلیارد برابر جرم خورشید می باشد. ماموریت گایای آژانس فضایی اروپا در حال ترسیم موقعیت تقریبا یک میلیارد ستاره در راه شیری است. برای انجام تخمین‌های دقیق‌تر، به مدل‌های پیشرفته‌تری نیاز است، اما شمردن تک تک ستاره‌ها و تعیین تعداد دقیق ستارگان در راه شیری تقریبا امری غیرممکن است.

ترجمه: منصور نقی لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: space.com