نوشته بلاگ

چهار معمای بزرگ کهکشان راه‌شیری که مأموریت گایا می‌تواند به آنها پاسخ دهد

قرار است گنجینه‌ای از داده‌های حاصل از مأموریت گایا، به سؤالات بزرگی در مورد کهکشان راه‌شیری پاسخ دهد.

داده‌های گردآوری‌شده توسط مأموریت گایا از آژانس فضایی اروپا، حاوی اطلاعات بی‌سابقه‌ای درباره بیش از یک میلیارد شیء از درخشان‌ترین اجرام آسمان است.

 گفتنی است مأموریت گایا در سال ۲۰۱۳ راه‌اندازی شد و دلیل شهرت آن، ایجاد دقیق‌ترین نقشه راه شیری با ترسیم موقعیت‌ها، فواصل و سرعت‌های دقیق نزدیک به ۲ میلیارد ستاره است.

مجموعه داده‌های آتی، بُعد جدیدی به دانش ما اضافه می‌کند؛ در واقع ترکیبات شیمیایی ده‌ها میلیون ستاره به اخترشناسان اجازه می‌دهد به سؤالات مهمی پاسخ دهند.

لازم به ذکر است که گایا در اطراف نقطه لاگرانژ ۲ (که از یک مأموریت پیشگامانه دیگر، یعنی تلسکوپ فضایی جیمز وب چندان دور نیست)، تقریباً هر دو ماه یکبار کل آسمان را رصد می‌کند. البته دو میلیارد جرم آسمانی که این تلسکوپ می‌بیند، تنها حدود یک درصد از کل ستارگان راه شیری را تشکیل می‌دهند.

اما با کمک الگوریتم‌های کامپیوتری پیچیده و دانش علمی فراوان، اخترشناسان برای پی بردن مطالبی در مورد کهکشان، می‌توانند این اندازه‌گیری‌ها را به کل آن تعمیم دهند.

در ادامه، برخی از شگفت‌انگیزترین اسرار که کاشفان راه شیری مشتاق هستند با داده‌های جدید کشف کنند را مرور می‌کنیم.

۱.  ستاره‌ها از کجا آمده‌اند؟
 گایا با اندازه‌گیری موقعیت‌ها، فواصل و سرعت ستارگان، کار بسیار بیشتری از صرفاً نقشه‌برداری کهکشان راه شیری آن هم به شکل امروزی انجام می‌دهد.

از آنجایی که اجرام در جهان از قوانین فیزیک پیروی می‌کنند، ستاره‌شناسان می‌توانند مسیر گذشته آن ستارگان را مدل کنند و اساساً فیلم راه شیری را میلیون‌ها یا حتی میلیاردها سال به عقب و جلو ببرند و پخش کنند.

اما این کار با داده‌های منتشر شده قبلی هم امکان‌پذیر بود. در واقع ستاره‌شناسان با مجموعه داده‌های جدید، می‌توانند به دنبال اطلاعات بیشتری باشند.

تیم مأموریت گایا برای نخستین‌بار، آنچه که «پارامترهای اخترفیزیکی» می‌نامند را برای نیم میلیارد ستاره منتشر خواهد کرد.

خوزه بروژن (دانشمند پروژه گایا) می‌گوید: «ین پارامترها که از طیف نوری ستارگان اندازه‌گیری شده توسط گایا (که می‌توان گفت «اثر انگشت» نحوه جذب نور این ستاره‌ها هستند) به دست آمده‌اند، اطلاعاتی در مورد ترکیب شیمیایی، جرم، سن، دما و روشنایی هر یک از ستارگان اندازه‌گیری شده ارائه می‌دهند و این کار بسیار بزرگی است.

بروژن در ادامه می‌گوید: «شما واقعاً با ستارگان آشنا خواهید شد. آنها به شما می‌گویند که آنها چه کسانی هستند. مثل این است که یک گروه ناشناس متشکل از ۵۰۰ میلیون نفر داشته باشید و اکنون با تک‌تک آنها آشنا می‌شوید؛ اینکه نام‌شان چیست، چند سال دارند و اهل کجا هستند».

بروژن می‌گوید که گایا ترکیب شیمیایی اتمسفر ۳۰ میلیون از این ستاره‌ها را اندازه گیری کرد و مشاهده شد که مشابه ترکیب شیمیایی ابرهای مولکولی است که این ستارگان میلیاردها سال پیش در آن متولد شدند.

اخترشناسان می‌توانند از طریق ترکیب اطلاعات مربوط به ترکیب شیمیایی با مدل‌سازی مسیرهای ستارگان، گروه‌هایی از ستارگان را تا محل تولدشان در داخل (همچنین در خارج)کهکشان راه‌شیری ، ردیابی کنند.

بروژن ادامه می‌دهد: «این واقعاً منحصر به فرد است که ما اکنون می‌توانیم این کار را با چنین تعداد زیادی ستاره انجام دهیم. این کاری است که انجام آن با تلسکوپ‌های زمینی بسیار دشوار و پرهزینه می‌بود؛ چرا که زمان زیادی می‌طلبد.

۲. بخش‌های مختلف کهکشان چگونه با هم پیوند دارند؟
 اگرچه گایا از سال ۲۰۱۴ کهکشان راه شیری را رصد کرده، ولی هنوز بسیاری از ستاره‌شناسان در مورد کهکشان ما چیز زیادی نمی‌دانند.

مطالعه خانه کهکشانی ما کار آسانی نیست. از آنجایی که ما در داخل کهکشان هستیم، نمی‌توانیم نسبت به آن نگاه بیرونی داشته باشیم.

حتی برای گایا هم غیرممکن است که از میان غبار غلیظ و ابرهای گازی که مرکز کهکشان راه شیری را پنهان کرده‌اند (یعنی همان محل سکونت سیاهچاله کلان پرجرم Sagittarius A* که اخیراً از آن عکس گرفته شده است) به فراتر از این قرص کهکشانی نگاه کند.

اما با پیشرفت‌های تدریجی در داده‌های گایا (و با کمک سایر تکنیک‌های رصدی مانند نجوم رادیویی)، تصویر بزرگ، به‌تدریج کامل می‌شود. این بدان معناست که ما به حل برخی از معماهای بزرگ، از جمله توزیع ماده تاریک در کهکشان‌مان نزدیک می‌شویم.

بروژن اظهار می‌دارد: «تمام مواد موجود در کهکشان به هر ستاره گرانش اعمال می‌کنند، و این گرانش تعیین می‌کند که ستاره با چه سرعتی حرکت کند». بنابراین با اندازه‌گیری حرکات ستارگان، توزیع ماده در کهکشان راه شیری نیز بررسی می‌گردد.

یکی از عدم قطعیت‌های ماندگار مربوط به توزیع ستارگان در کهکشان راه شیری، ساختار مارپیچی این کهکشان است. ستاره‌شناسان اکثراً موافق هستند که کهکشان راه شیری دارای چهار بازوی مارپیچی است.

لازم به توضیح است که هر یک از این مارپیچ‌ها، در واقع جریان‌های تابشی متراکم از ستاره‌ها و گازهاست که به نظر می‌رسد از مرکز کهکشان خارج می‌شوند. اما چند نکته در مورد این بازوهای مارپیچی وجود دارد: ستاره‌شناسان هنوز در مورد اندازه و برجستگی تک‌تک بازوها و همچنین موقعیت دقیق آنها در قرص کهکشان راه شیری بحث می‌کنند.

بدین‌ترتیب، ممکن است داده‌های جدید به آشکارسازی ساختار مارپیچی با وضوح بهتر کمک کند.

بروژن می‌گوید: «با پارامترهای اخترفیزیکی که اکنون در دست داریم، می‌توانیم مستقیماً نمونه‌هایی از ستارگان را برای موارد علمی خاص ایجاد کنیم.

ما می‌دانیم که بازوهای مارپیچی عمدتاً از ستارگان جوان ساخته شده‌اند و محل شکل‌گیری ستارگان هستند.

بنابراین، به عنوان مثال می‌توانیم با داده‌های جدید به ستاره‌هایی نگاه کنیم که بیش از یکصد میلیون سال سن ندارند». (در توضیح باید گفت که از نظر ستاره‌شناسی، ۱۰۰ میلیون سال در واقع سن یک کودک است! این عدد را مقایسه کنید با خورشید که ۴٫۶ میلیارد سال سن دارد و ۵ میلیارد سال دیگر خواهد مرد.)

گایا بازوهای مارپیچ را نه تنها آنگونه که امروز هستند می‌بیند، بلکه این امکان را در اختیار اخترشناسان قرار خواهد داد تا تکامل این بازوها را در گذشته و آینده مدل کنند.

آنتونی براون (ستاره‌شناس دانشگاه لیدن هلند و رئیس کنسرسیوم پردازش و تحلیل داده‌های گایا) می‌گوید: «ستاره‌شناسان با داده‌های جدید، می‌توانند به فراتر از خورشید نگاه کنند.

بنابراین مستقیماً بخش بزرگتری از بازوهای مارپیچی کهکشان را نمونه‌برداری می‌کنند. با این حال، درک کلی کهکشان به عنوان یک چالش همچنان باقی خواهد ماند».

۳. در دوران «کودکی» کهکشان راه شیری چه اتفاقی افتاد؟
 اندازه‌گیری‌های گایا اخترشناسان را قادر می‌سازد تا به بررسی آن چیزی بپردازند که «باستان‌شناسی کهکشانی» نام دارد. آنها می‌توانند با بازسازی مسیر میلیون‌ها ستاره، درباره رویدادهایی که در گذشته‌های دور و میلیاردها سال پیش رخ داده، مطالبی بیشتری بیاموزند.

این رویدادها شامل برخوردهای فاجعه‌آمیز با کهکشان‌های دیگر است که امواج آن را می‌توان تا به امروز در کهکشان مشاهده کرد.

یکی از معروف‌ترین اکتشافاتی که از انتشار داده‌های قبلی گایا به دست آمد، برخورد با کهکشان کوچکتری به نام گایا انسلادوس بود که ۸ تا ۱۱ میلیارد سال پیش اتفاق افتاد. در آن زمان کهکشان راه شیری بسیار کوچکتر از امروز بود و هنگامی که مهاجم کوچکتر را بلعید، تحولات قابل توجهی را از سر گذراند.

براون می‌گوید: «برخورد با گایا انسلادوس، آخرین ادغام مهمی بود که کهکشان راه شیری در دوران کودکی خشونت‌آمیز خود تجربه کرد». او امیدوار است ستاره‌شناسان بتوانند که با مجموعه داده‌های جدید، به تاریخ کهکشان نگاه کنند و برخی از برخوردهای قبلی را نیز ردیابی نمایند.

وی اظهار اشاره می‌کند: «ما قبلاً برخی از نویسندگان را دیده‌ایم که تلاش می‌کردند به بیش از ۱۰ میلیارد پیش و به نخستین نشانه‌های شکل‌گیری کهکشان راه شیری (نزدیک به ۱۲ میلیارد یا ۱۳ میلیارد سال پیش)، نگاه کنند.

اما با نسخه جدید و به لطف اطلاعات اخترفیزیکی که منتشر خواهیم کرد، می‌توانیم این کار را بسیار بهتر انجام دهیم. اکنون که سن و ترکیبات شیمیایی ستارگان را می‌دانیم، می‌توانیم ترتیب زمانی رویدادها را هم بفهمیم و همچنین می‌توانیم ببینیم که ستاره‌ها از کجا آمده‌اند».

گفتنی است کهکشان راه شیری تا به امروز به خوردن کهکشان‌های کوچکتر ادامه داده است. مدل‌ها نشان می‌دهند که دو کهکشان کوتوله به نام‌های «ابر ماژلانی بزرگ» و «ابر ماژلانی کوچک» که به دور نواحی دوردست کهکشان راه شیری می‌چرخند، روزی به طور کامل توسط کهکشان راه شیری بلعیده خواهند شد.

براون می‌گوید بقایای کهکشان‌های کوتوله دیگر را می‌توان در داده‌های گایا به شکل جریان‌های ستاره‌ای پراکنده بر فراز هاله راه شیری ردیابی کرد.

درست همانطور که کهکشان راه شیری از برخوردهای خشونت‌بار پدید آمد، روزی نیز با مرگی خشونت‌آمیز خواهد مرد. کهکشان راه شیری نزدیک به ۴٫۵ میلیارد سال دیگر، با نزدیکترین همسایه کهکشانی بزرگ خود یعنی کهکشان آندرومدا برخورد خواهد کرد.

انتظار می‌رود این برخورد تقریباً همزمان با مرگ خورشید اتفاق بیفتد، بنابراین بعید است که نوع بشر در آن زمان وجود داشته باشد و شاهد این رویداد باشد. براون می‌گوید که انتشار داده‌های جدید گایا در واقع ممکن است تا حدودی این رویداد فاجعه بار را روشن کند.

۴. قرص کهکشان راه شیری چه مشکلی پیدا کرده است؟
 داده‌های قبلی گایا نشان داد که قرص کهکشان راه شیری به جای اینکه مسطح باشد، تاب خورده است. همچنین، هنگام چرخش به دور مرکز کهکشان مانند یک فرفره چرخان می‌چرخد. اخترشناسان فکر می‌کنند که این لرزش ناشی از یک تصادم کهکشانی نه چندان دور است.

براون امیدوار است که داده‌های جدید این اختلال و منشاء آن را بیشتر روشن کنند. انتشار اطلاعات آتی حاوی اطلاعاتی راجع به حرکت بیش از ۳۰ میلیون ستاره در خط دید گایا خواهد بود؛اینکه سرعت حرکت آنها به سمت تلسکوپ یا در جهت دور شدن از آن چقدر است.

این سرعت اصطلاحاً «سرعت شعاعی» نامیده می‌شود. نسخه‌های قبلی سرعت شعاعی تنها ۷ میلیون ستاره را در اختیار داشتند. هر چه اخترشناسان اطلاعات بیشتری داشته باشند، ابزارهای تحلیل آنها جزئیات دقیق‌تری در مورد کهکشان آشکار می‌کنند.

براون می‌گوید: «می‌توانیم سعی کنیم در مکان‌های مختلف کهکشان «اختلال» را اندازه‌گیری کنیم یا به نحوه تأثیر آن بر انواع خاصی از ستاره‌ها نگاه کنیم.

این کار به ما چیزهای زیادی خواهد آموخت در مورد اینکه دقیقاً چه چیزی باعث اختلال قرص دیسک راه شیری شده است. این همان کاری است که می‌توان با این نمونه داده بسیار گسترده‌تر انجام داد».

و همچنان موارد بیشتری در راه است…

گایا در حال حاضر مأموریتی است که بیشترین مقالات علمی را تولید می‌کند و به گفته بروژن، همچنان منتظر دریافت بهترین یافته‌ها هستیم.

علاوه بر این، گایا بزرگترین پایگاه داده از ترکیبات شیمیایی سیارک‌ها در منظومه شمسی را جمع‌آوری کرده است. کنسرسیوم پردازش اندازه‌گیری‌های گایا در حال توسعه الگوریتم‌های بهتری است که دانشمندان را قادر بسازند درباره ستارگانی که گایا می‌بیند، مطالب بیشتری بیاموزند.

این مأموریت تا سال ۲۰۲۵ به رصد آسمان ادامه خواهد داد تا که سوخت آن تمام شود. بروژن در پایان می‌گوید انتظار می‌رود دو کلان‌داده دیگر به‌زودی منتشر شوند و شگفتی‌های جدیدی از جمله اطلاعات مربوط به هزاران سیاره فراخورشیدی تازه کشف شده را به همراه داشته باشند.کهکشان راه‌شیری