تبلیغات
زیست شناسی - تصادم راه شیری با کهکشان آندرو مدا

تصادم راه شیری با کهکشان آندرو مدا

دوشنبه 3 فروردین 1388 03:49 ب.ظنویسنده : سید حسین نقیبی

 

میلیارد ها سال بعد كهكشان خانگی ما با همسایه ی بزرگ و نزدیك خود برخورد خواهد كرد كه باعث ایجاد منظره ای بی همتا در این گوشه  از جهان پهناور خواهد شد.
            سحابی بزرگ (Great Nebula)در صورت فلكی آندرومدا یكی از حیرت آور ترین اجرامی است كه حتی با چشم غیرمسلح درآسمان نیمكره ی شمالی زمین دیده می شود.در شرایط مناسب،این كهكشان به صورت لكه ای مه آلود با اندازه ی تقریبی نصف ماه بدر در 20 درجه ای كهكشان راه شیری جای گرفته است. طبق اطلاعات بدست آمده از عهد باستان، این كهكشان برای اولین بار در قرن دهم پس از میلاد توسط منجم ایرانی، عبدالرحمان صوفی رازی، دیده شد كه  او این جرم را در كتاب صور الكواكب خود، ابر كوچك نامید كه در جلوی دهانه ی صورت فلكی حوت قرار داشت.
 
 
اكنون ما می دانیم كه این بیضی مه آلود، در حقیقت یك كهكشان مارپیچی بزرگ است. كهكشان آندرومدا یا Messier 31  زادگاه میلیارد ها ستاره با حدود 2.5 میلیون سال نوری فاصله از كهكشان ما، در حقیقت دورترین جرمی است كه می توانید با چشمغیرمسلح ببینید .اما نوری كه ما اكنون ازاین كهكشان می بینیم سفرخود را دردوران  انسانهای نخستین به سمت  ما آغاز كرده است.
این ابر كوچك نورانی در حالی كه ما را به گذشته متصل می كند، همزمان ما را به آینده خود نیز علاقه مند می كند. حقیقتا، سرنوشت راه شیری و شاید خود زمین با این كهكشان گره خورده باشد. شواهد نجومی اخیر ثابت كرده كه این دو كهكشان مارپیچی بزرگ در آینده به هم برخورد خواهند كرد كه باعث به هم پیوستن این دو كاهكشان در زمانی حتی قبل ازتبدیل شدن خورشید به یك غول سرخ میشود.
 
* روند ‌تصادم
            كشف متغیرهای قیفاووسی در M31   ادوین هابل را توانا ساخت تا بتواند فاصله ی  زیاد این كهكشان مارپیچی كه خواهر راه شیری نیز نامیده می شود را با ما، تخمین زده و با استفاده از آن چندی بعد نظریه ی جهان در حال انبساط را اعلام كند. اما آندرومدا همراه تعدادی كهكشان های كوچكتر در گروه محلی خودمان از این قانون هابل پیروی نمی كنند. گر چه كهكشان های دورتر با سرعتهایی كه بستگی به فاصله شان دارند از ما دور می شوند، آندرومدا و تعدادی از همسایگان ما به سمت ما در حال حركتند. بعد از اصلاحات در مورد حركت انتقالی خورشید به دور مركز كهكشان، كهكشان آندرومدا با سرعتی تقریباً برابر 120 كیلومتر بر ثانیه به سمت راه شیری در حركت است.
 
شرح تصویر:كهكشان مارپیچی بزرگ M31عظمت خود را در عكس های نجومی نشان می دهد. اما در آینده ی دور با چشم غیر مسلح می توان تا حدودی ازجزئیاتی كه دراین عكس نمایان است را دید.راه شیری وآندرومدا با هم برگروه محلی تسلط دارند.گروهی با بیش از45كهكشان شناخته شده .
رویارویی نزدیك:در بالا 4 مدار ممكن برای آندرومدا و راه شیری كشیده شده است كه هر كدام نظریات متفاوتی در مورد سرعت شعاعی و مماسی آندرومدا، جرم دو كهكشان و مركز جرم دو كهكشان می دهد. اما هیچ شكی نیست كه این دو جرم در حال نزدیك شدن به هم هستند و به طور حتم یك رویارویی نزدیك رادر3 میلیارد سال آینده خواهند داشت.حتی اگر آنها همدیگر را از مسیر خارج كنند در عبور بعدی به هم برخورد خواهند كرد.
 
Franz Kahn  وLodewijk Woltjerدر سال 1959 این اوضاع غیر منتظره را درك كردند و با پیشنهادی شجاعانه اعلام كردند كه شاید آندرومدا و راه شیری از لحاظ گرانشی به هم مرتبط هستند،كه باعث ایجاد یك سیستم دوتایی كهكشانی
 
شده است. آنها اعلام كردندكه این دوكهكشان بعد ازانفجاربزرگ خیلی نزدیك به هم شكل گرفته اند وبر اثرانبساط كیهانی ازهم جداشده اند.این دو جرم پرستاره درحقیقت به خاطروابستگی متقابل گرانشی كه دارند شروع به حركت به سمت یكدیگركرده اند.
اگر این كهكشانها مداری با گریز از مركز زیاد مانند مدار یك دنباله دار داشته باشند، ستاره شناسان می توانند با استفاده از فاصله و سرعت M31 در طی  13.7میلیارد سال عمر جهان مدار حركت و از همه مهمتر جرم كل را حساب كنند.
این ایده ها و محاسبات را با نام استدلال زمان بندی می شناسند و اطلاعاتی از قبیل مجموع جرم حدود 4.7 تریلیون جرم خورشیدی را بدست می دهد. Kahn و Woltjer مدعی بودند كه باید منبع جرم دیگری اطراف كهكشان ها باشد، در حالی كه ستارگان، گازها و گرد وغبارها فقط10درصداز این مقدارراشامل می شوند.این اولین اثبات برای وجود ماده سیاه درگروه محلی ماست.تخمین های Kahn و Woltjer كه بر اساس استدلال زمان بندی بود، بسیار نزدیك به مقادیر امروزی هستند كه نشان دهنده ی حدود 3 تریلیون جرم خورشیدی است كه از تجزیه و تحلیل حركت كهكشان های در حال چرخش پیرامون راه شیری و M31 به دست آمده است.
ستاره شناسان امروزی می توانند استدلال زمان بندی را یك گام به جلو بیاورند. آندرومدا در حال نزدیك شدن است، اما چه موقع برخورد خواهد كرد؟ راه حل مداری ( كه مداری با گریز از مركز زیاد را متصور است) برخوردی در 3 میلیارد سال آینده از هم اكنون را پیش بینی می كند. شاید به نظر بسیار دور باشد اما باید گفت كه این پدیده قبل از یك پدیده ی قریب الوقوع دیگر اتفاق می افتد، مرگ خورشید ما. خورشید یك كوتوله با رده طیفی G2 می باشد كه عمری معمولی تقریبا برابر با 10 میلیارد سال دارد. باید گفت كه خورشید هم اكنون 5 میلیارد ساله است و فقط 5 میلیارد سال دیگر مانده تا مانند یك غول سرخ متورم شده و زمین را بسوزاند.اما زمین سوخته را فراموش كنید. چه طور است به چیز بزرگتری مانند برخورد راه شیری و آندرومدا بپردازیم؟ 
شرح تصویر - بالا: برخورد میان دو كهكشان امروزه به دلیل انبساط جهان كه كهكشان ها را از هم دور می كند، بسیار نادر است. مام همان طور كه این عكس از NGC 4676 از تلسكوپ فضایی هابل نشان می دهد، بر هم كنش های متقابل گرانشی دو كهكشان می تواند بر نیروی انبساط جهان فائق شود و دو كهكشان را در یك برخورد سهمگین به یكدیگر پیوند دهد. این برخورد كه در 300 میلیون سال نوری زمین و در صورت فلكی غراب اتفاق افتاده نشان دهنده ی دنباله های كشندی مشخصی است.
هنگامی كه راه شیری به آندرومدا ملحق شود، مركز كهكشان جدید بسیار شبیه به مركز Arp 220 درصورت فلكی مار می شودكه دراین عكس از هابل نشان داده شده است. بیش از200 خوشه ی ستاره ای جوان كه از الحاق دو كهكشان به وجود آمده اند مانند لكه های سفید- آبی در این كهكشان الحاقی در 250 میلیون سال نوری از ما دیده می شود.
 
پایین: نتیجه ی برخورد راه شیری با آندرومدا یك كهكشان بیضوی است كه بسیار شبیه به كهكشان‌NGC 5128خواهد بود. این عكس كه با تلسكوپ چهار متری Blancoدر چین گرفته شده است توسط كامپیوتر پردازش شده تا جزئیات نمایان شود، مخصوصاً مسیر سیاه و قوس های كشندی آبی باقی مانده از این كهكشان كوچك.
ستاره شناسان نمیتوانند زمان این برخورد بزرگ را با دقت محاسبه كنند، اما سرانجام این اتفاق خواهد افتاد. فرضیه مدار غیر عادی و برخورد، همگی بستگی به حركت غیر قابل پیش بینی یا سرعت مماسی كهكشان آندرومدا دارد. اگرM31 حركت مماسی قابل پیش بینی داشته باشد، دو كهكشان ممكن است با فاصله ی چند صد هزار سال نوری از كنار هم بگذرند. اما از دست دادن انرژی مداری هنگام رویارویی نزدیك باعث این برخورد در چند میلیارد سال آینده خواهد شد.
از ابتدای استدلال زمان بندی ستاره شناسان توانسته اند حركت كهكشان های گروه محلی را مدل سازی كنند. هنگامی كه گرانش دیگر اعضای گروه محلی و نیز اثرات كشندی گروه هایدیگر نزدیك خود را در نظر بگیرند، سرعت مماسی آندرومدا را چیزی بین 0 تا 150 كیلومتر بر ثانیه تخمین می زنند كه برابر حركتی از 0 تا 42 میكرو ثانیه ی قوسی در آسمان در هر سال می شود. ماموریت طیف سنجی ناسا یا ماموریت Gala در سازمان فضایی اروپا ممكن است بتوانند این حركت را در هر ده سال نمایان كنند. اما هم اكنون این موضوع ناشناخته است. عجالتاً برخورد روبرو بین راه شیری و آندرومدا واقعه ای مشخص است كه قبل از فنا شدن زمین انجام خواهد گرفت.
 
*برخورد کهکشانها
            برخورد راه شیری و آندرومدا یك شگفتی بزرگ است كه ستاره شناسان را متوجه الحاق كهكشان ها در دور و نزدیك كرده است. در حال حاضر این پدیده یك واقعه ی معمولی نیست.تقریباً یكی در صدها كهكشان بزرگ در جهان های نزدیك است كه در یك برخورد بزرگ شركت كند. اما اگر به عقب تر نگاهی بیاندازیم،  تعداد برخورد ها به طور چشمگیری افزایش می یابد. در عكس لكه هایی از گاز و ماده ی سیاه منقبض شده توسط افت و خیز چگالی نخستین، در ابتدا با هم تلفیق شده و ساختارهای بزرگتری می سازند كه سرانجام تبدیل به كهكشان می شوند، فرایند برخورد و ملحق شدن هستند كه مكانیسم تولد و یا تكامل آنها را تشكیل می دهند.
 
شرح تصویر: دنباله های كشندی در كهكشان های الحاقی NGC4038و NGC 4039كه تا صدها و هزار ها سال كشیده شده اند.اختر شناسان این مجموعه را با نام شاخك می شناسند به خاطر شباهت زیاد دنباله های كشندی به شاخك های حشرات. هر دو كهكشان بسیار شبیه به راه شیری و آندرومدا هستند.
ادغام راه شیری و آندرومدا فقط گام دیگری است در فرایند مداوم شكل گرفتن ساختار های جدید. در حقیقت، در حالی كه ما برخورد كهكشان ها را مخرب می شماریم، بهتر است این پدیده به صورت یك دگرگونی نشان داده شود. شبیه سازی های كامپیوتری نشان می دهند كه الحاق دو كهكشان مارپیچی به ناچار منجر به تبدیل شدن به یك كهكشان بیضوی است. گرچه هنوز بحث های زیادی در مورد این كه همه ی كهكشان های بیضوی از این راه شكل می گیرند وجود دارد، اما بعضی از آنها از این قانون پیروی می كنند.
 اخترشناسان شیفته ی بحث در مورد برخورد كهكشان ها و اثرات آنها در تكامل كهكشان ها و كیهان شده اند.در اوایل سال1970، مطالعات گوناگون نشان دادكه رشته های ستارگان نزدیك به جفت های كهكشان ها ناشی از برهمكنش های كشندی گرانشی آنها است.دو برادربنام های Alar Toomre از MIT  و Juri Toomre ازدانشگاه کلرادو که تحقیقات اولیه ای در این باره انجام دادند و كمك شایانی به پیشرفت این تحقیقات كردند ، این ساختارها را دنباله های كشندی و پل نامیدند.
كار آنها نشان می دهد كه این رشته ها چگونه شكل می گیرند. در یك كهكشان مارپیچی منفرد، نیروی گرانشی مركزی سعی در این دارد كه ستارگان را در مدار هایی به شكل دایره اطراف خود نگه دارد تا بتواند شكل صفحه ای خود را حفظ كند. اما موقعی كه دو كهكشان نزدیك هم می آیند، نیروی كشندی آنها بسیار زیاد می شود كه می تواند نیروی مركزی را خنثی كند. در نتیجه ستارگان در دو سر مخالف كهكشان ها مانندسنگهایی كه  ازمیلیارد ها قلاب سنگ رها می شوند به سمت بیرون  پرتاب  می شوند. جزئیات برخورد به جهت دو كهكشان هنگام برخورد بستگی دارد. اما عموماً حاصل برخورد یك الگوی كهكشانی مارپیچی با دو بازوی باز است.
در مدل ها، كهكشان هایی كه فقط شامل ستارگان هستند بسیار زود به هم ملحق می شوند( با یك گردش) و به شكل یك كهكشان بیضوی درمی آیند.شاید غیر قابل تصور باشد،اما ستارگان منفرد در این الحاق به هم برخورد نمی كنند چون كه اندازه ی
ستارگان نسبت به فاصله ی آنها از هم بسیار كوچك است. دو كهكشان كه از كنار هم می گذرند مانند دو روح هستند كه در شب از كنار هم عبور می كنند. بر هم كنش نیروی گرانشی حاصل از دو كهكشان  به طوری گسترش می یابد كه  دو كهكشان  نهایتاً  به هم می پیوندند.
 
شرح تصاویر : عكس های تلسكوپ فضایی هابل این موضوع را كه چگونه برخورد ها باعث رمبش ابر های گازی می شود را آشكار می كند كه باعث ایجاد ستارگان آبی و داغ بی شماری به صورت خوشه ها می شود .
اما حدود 10 % از جرم یك كهكشان مارپیچی واقعی به حالت گاز است كه این كسر در اوایل تشكیل كهكشان بیشتر است. هنگامی كه مدل ساز ها گاز را به شبیه سازی های خود اضافه كردند، فهمیدند كه بلافاصله این گاز ها به سمت هسته ی كهكشان الحاقی كشیده می شوند و باعث به وجود آمدن ستارگان یكی پس از دیگری می شوند.
اسناد،بسیارشبیه به انفجار ستارگان دركهكشان های ملحق شونده ی Arp 220 در صورت فلكی مار است.
كهكشان های بزرگتر همچنین دارای یك سیاه چاله ی بسیار چگال در مركزشان می باشند. طی الحاق دو كهكشان، دو سیاهچاله به سمت مركز كهكشان بیضوی تازه شكل گرفته كشیده می شوند و باعث به وجود آمدن یك دوتایی بسیار نزدیك می شوند كه باعث از دست دادن انرژی مداری و فرستاده شدن ستارگان به مدارهای بلندتر می شود.
هنگامی كه دو سیاه چاله به فاصله ی یك سال نوری هم می رسند ، شروع به ملحق شدن از طریق گسیل امواج گرانشی می كنند.
گاز های كشیده شده به داخل سیاهچاله ی عظیم الجثه، تشكیل صفحه ای یكپارچه را می دهد كه به طور باور نكردنی شروع به درخشیدن می كند كه مانند یك كوازار درخشان یا یك هسته ی فعال معمولی به نظر می رسد. تمام این پدیده های جذاب هنگام برخورد آندرومدا با راه شیری اتفاق می افتدوخورشیدباید ازهمه ی آنها جان سالم به در ببرد.
برای گشتن به دنبال جزئیات بیشتر در مورد این نمایشنامه، ما مجبوریم كه یك مدل بسازیم. در یك دهه ی گذشته Chris Mihos ، Lars Hernquist و من مدل ساده ای از اجزای سیستم راه شیری-آندرومدا كه نمایانگر جرم آن ستارگان و ماده ی سیاه بودند ساختیم. هدف ما تحقیق در مورد خواص دنباله ی كشندی بود. این مدل شامل فاصله، سرعت شعاعی و جهت دو كهكشان و همچنین سرعت مماسی 20 كیلومتر در ثانیه در جهت گردش كهكشانی بود. این شرایط كه اجازه ی رویارویی نزدیكی كه باعث ایجاد دنباله ی كشندی بود  را می داد.
در طی سالها ، من هر گاه كه ابر كامپیوتر های جدید در دسترس بودند روی این مدل كار كرده ام. ظاهراً به عنوان آزماینده مسئله كه می توانستم به ماشین ها و برنامه های جدید دسترسی داشته باشم. اما بیشتر برای سرگرمی خودم بود. شبیه سازی ها از حدود 30 هزار جزء در اواسط 1990 به 300 میلیون جزء رشد كرده اند كه در محاسبات این مقاله به كار گرفته شده است. همچنین من نمایشی را از روی مدلمان طراحی كردم كه از منظر زمین است.
 
*چگونگی برخورد
            در حالی كه خورشید به گردش خود دور هسته ی كهكشان ادامه می دهد، و همچنان كه كهكشان ما به M31  نزدیك می شود، آسمان شب ما دائما به اجزای كوچك تر قسمت می شود. در حالی كه گردش خورشید تقریبا شبیه دایره است ، شكل  معروف راه شیری  به طور قابل توجهی  تغییر  نمی كند. اما ابر كوچك صوفی تبدیل به ابر بزرگ خواهد شد، و هر تماشا گر
آسمان از نمای بسته ی كهكشان دیگری كه آسمان را در بر گرفته لذت خواهد برد. شكل و بافت آندرومدا مانند راه شیری خواهد بود اما برآمدگی آن و بازوهای مارپیچی آن به وضوح دیده خواهد شد.
هنگامی كه در 3 میلیارد سال بعد دو كهكشان هم پوشانی می كنند، آندرومدا از نگاه ما  از لبه و به صورت كج دیده می شود و تشكیل یك اشتراك از دو كهكشان مانند راه شیری راه در آسمان ما می دهد. سپس آندرومدا دور خواهد شد؛ اما نیروی كشندی قوی باعث ایجاد یك الگوی دو بازویی مارپیچی با دنباله های كشندی طولانی می شود. مانند آن چیزی كه ما در NGC 4038 و NGC4039 در صورت فلكی غراب می بینیم. كشیدن هاله ی سیاه راه شیری، انرژی مداری آندرومدا را كم می كند و دور شدن آندرومدا را به چند صد هزار سال نوری محدود می كند.M31 دوباره به سمت ماحركت خواهد كرد و این دفعه در عرض چند صد میلیون سال به ما می رسد. این بار برخورد رو به رو خواهد بود و دو كهكشان رویارویی های بسیار نزدیك و سریعی با هم خواهند داشت كه 100 میلیون سال به طول می انجامد كه سرانجام به یك الحاق و تبدیل به یك كهكشان بیضوی می انجامد. كه توسط یك پوشش خوب و مواج و دو دنباله ی كشندی بلند احاطه شده است.
دقیقاً بعد از اولین رویارویی،نیروی گرانشی مركب باعث آشفته شدن مدار خورشید می شود كه سبب فرو رفتن خورشید به سمت قلب كهكشان می شود. آسمان شب ما دائماً در حال نوسان بین نگاه دور دو كهكشان مارپیچی تعامل كننده و آسمانی متراكم و پر از ستارگان روشن خواهد بود در حالی كه ما در حال صعود به برآمدگی راه شیری هستیم.
شبیه سازی های ماشامل گاز هانمی شوداما نسخه ی مشابهی كه شامل تركیبی ازگازوستارگان است هم اكنون درمركزآسمان نمای برخوردهای كیهانی زمین وفضا درنیویورك درحال نمایش است.برخورد دودیسك گازی به ناچارمنجربه انفجارستاره ای می شود كه شمار ابر نواختر ها را از حدود 2 عدد در هر قرن به یكی در هر سال می رساند. در حالی كه خورشید از مركز كهكشان الحاقی می گذرد ناظران می توانند شاهد انفجار سالیانه ی ستارگان باشند كه می تواند بسیار بیشتر از نورانیت دیگر ستارگان باشد. احتمال كمی هم وجود داردكه یك سوپرنوا(ابرنواختر)درنزدیكی زمین منفجرشودوباعث به خطرانداختن حیات باقیمانده تاآن موقع بشود.
برخورد كهكشانی باعث ایجاد یك سیاه چاله دو تایی بسیار نزدیك می شود كه در نهایت اعضای آن با هم تركیب می شوند. اما بر اساس محاسبات انجام شده سفر درونی آنها ممكن است میلیون ها سال طول بكشد تا به این سرنوشت دچار شوند. با مدار جدید
خورشید، ستاره ی ما ممكن است از فاصله ی دوری از دوتایی بگذرد و تصویری را از افق حادثه ی سیاه چاله و شاید رشد دیسك تازه متولد شده به ما بدهد. حقیقتاً منظره ی جالبی برای تماشا خواهد بود اما ممكن است كه بسیار نزدیك و تهدید آمیز باشد.
گرانش دو هیولای دوقلو ممكن است خورشید را از كهكشان خارج كند و به جایی ببرد كه بتواند تنها وآرام در فضای بین كهكشانی بمیرد.افق اتفاق دریك سیاه چاله ی بسیارچگال ممكن است به اندازه ی منظومه ی شمسی خودمان باشد اما شانس كمی وجود دارد كه خورشید در امتداد مرز یكی از این كرانه ها قرار بگیرد. در این صورت تمام نشانه ها تمدن بشری به فراموشی سپرده خواهد شد و تنها یك اثر از ما باقی می ماند: امواجی ناگهانی از تشعشعات گرانشی كه در كیهان با سرعت نور پخش می شود. در زمانی كه علم آزادانه با دین تركیب شده بود، او مشتاقانه در مورد این جهان پهناور و جایگاه ما در آن فكر می كرد: در این آفریده ی بزرگ آسمانی، انحلال یك جهان، مانند جهان ما، و یا انحلال تمام سیستم جهان، ممكن است برای خالق بزرگ طبیعت بیشتر از اتفاقات عادی در زندگی با ما نباشد، و در هر حالت، این روزهای نحس ممكن است مانند هر تولدیامرگ هریك ازمابرروی زمین مكرر باشد.این ایده مفهومی بسیارخوشحال كننده در خود دارد.این كه من هیچگاه نمی توانم بر فراز ستارگان نگاه كنم بدون اینكه در شگفت باشم كه چرا تمام جهان ستاره شناس نمی شوند.حتی فكر كردن در مورد مرگ زمین بسیار غم انگیز است، اما ستاره شناس بریتانیایی Thomas Wright در قرن 18 طور دیگری فكر می كرد.
 
شرح تصاویر : مولف و همكارانش توانسته اند شبیه سازی از برخورد آندرومدا و راه شیری طراحی كنند. این فریم ها تعامل دو كهكشان را در 44 میلیون سال نشان می دهد. كهكشان ها به یك دیگر می رسند و تشكیل دنباله و پل های كشندی را می دهند. آنها سپس از یك دیگر جدا می شوند تا خود را برای برخورد دوم و الحاق آماده كنند. نتیجه بصورت یك كهكشان بیضوی احاطه شده توسط لایه ها و امواج است. هر فریم ناحیه ای به اندازه ی عرض 1 میلیون سال نوری و ارتفاع 590 هزار سال نوری را نشان می دهد.

منبع:http://www.iaas.ir


آخرین ویرایش: - -

 
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر