تطور المجرات ومجرة المرأة المسلسلة

ما هو تطور المجرات؟

إن دراسة أصل وتطور المجرات وظاهرة الكوازار قد بدأت في العصر الحديث، تم بناء العديد من نماذج تكوين المجرات وتطورها على أساس ما نعرفه عن الظروف في الكون المبكر، والذي يعتمد بدوره على نماذج تمدد الكون بعد الانفجار العظيم (الانفجار البدائي الذي نشأ منه الكون أو الذي يُعتقد أنه نشأ منه) وعلى خصائص الخلفية الكونية الميكروية (الفوتونات المرصودة التي تظهر لنا الكون المليء بالضوء، كما كان عندما كان عمره بضع مئات الآلاف من السنين).

كيف تتلخص آلية تطور المجرات في الفضاء؟

• عندما تمدد الكون ليكون بارداً بدرجة كافية لتبقى المادة في ذرات متعادلة دون أن تتأين فوراً بالإشعاع كان من الواضح أن البنية قد نشأت بالفعل على شكل تقلبات في الكثافة.

• في نقطة زمنية حاسمة هناك مكثف من المادة المتوسعة السحب الصغيرة (المجرات الأولية) التي يمكن أن تنهار تحت مجال الجاذبية الخاص بها لتشكيل المجرات في النهاية.

• في النصف الأخير من القرن العشرين كان هناك نموذجان متنافسان لتشكيل المجرات (من أعلى إلى أسفل ومن أسفل إلى أعلى)، في النموذج التنازلي تشكلت المجرات من انهيار سحب غاز أكبر بكثير، وفي النموذج التصاعدي تشكلت المجرات من اندماج كيانات أصغر كانت بحجم العناقيد الكروية، في كلا النموذجين حدد الزخم الزاوي للسحب الأصلية شكل المجرة التي تطورت في النهاية.

• يُعتقد أن المجرة البدائية التي تحتوي على كمية كبيرة من الزخم الزاوي تميل إلى تكوين نظام مسطح وسريع الدوران (مجرة حلزونية) في حين أن المجرة ذات الزخم الزاوي القليل جداً تطورت إلى نظام كروي تقريباً (مجرة إهليلجية).

تطور المجرات خلال القرن الحادي والعشرين:

تزامن الانتقال من القرن العشرين إلى القرن الحادي والعشرين مع تحول مثير في فهمنا لتطور المجرات، لم يعد يعتقد أن المجرات قد تطورت بسلاسة وحيدة، في الواقع لقد أصبح من الواضح أن الاصطدامات بين المجرات حدثت خلال تطورها، وهذه الاصطدامات (بعيداً عن كونها أحداثاً نادرة) كانت الآلية التي تطورت بها المجرات في الماضي البعيد، وهي الوسيلة التي من خلالها يغيرون بنيتهم ​​وحتى الآن، يأتي الدليل على هذا الفهم الجديد لتطور المجرات بشكل أساسي من مصدرين، وهما:

• دراسات أكثر تفصيلاً للمجرات القريبة باستخدام أدوات جديدة أكثر حساسية.

• مسوحات عميقة للمجرات البعيدة للغاية والتي شوهدت عندما كان الكون فتياً.

أظهرت الدراسات الاستقصائية الحديثة للمجرات القريبة (بما في ذلك مجرة ​​درب التبانة) أدلة على الاصطدامات السابقة والتقاط المجرات، بالنسبة لمجرة درب التبانة فإن المثال الأكثر وضوحا هو مجرة ​​القوس التي امتصتها مجرتنا، الآن تنتشر نجومها عبر السماء وتتداخل مجموعاتها الكروية السبعة مع العناقيد الكروية لمجرة درب التبانة.

تشكلت ذيول النجوم الطويلة حول مجرة ​​درب التبانة من خلال اللقاء، وكانت بمثابة أدلة على هندسة الحدث، يمكن أيضاً تتبع مجرة ​​بقايا ثانية تُعرف باسم (Canis Major Dwarf Galaxy) من خلال اكتشاف تيارات النجوم في الأجزاء الخارجية من مجرتنا، تدعم هذه المجرات فكرة أن مجرة ​​درب التبانة عبارة عن مزيج من القطع تكونت من اندماج العديد من المجرات الأصغر.

ما هي مجرة المرأة المسلسلة (The Andromeda Galaxy M31)؟

إن مجرة المرأة المسلسلة (M31) لها ماضٍ يتضمن الاصطدام والتراكم، يُظهر رفيقها المقرب الغريب (M32) بنية تشير إلى أنها كانت في السابق مجرة ​​عادية وأكثر ضخامة فقدت الكثير من أجزائها الخارجية، وربما جميع مجموعاتها الكروية أمام (M31) في مواجهة سابقة، كشفت المسوحات العميقة للأجزاء الخارجية من مجرة ​​المرأة المسلسلة عن تراكيب متماسكة ضخمة لتيارات النجوم والغيوم مع خصائص تشير إلى أن هذه تشمل البقايا الخارجية لمجرات أصغر تأكلها المجرة المركزية العملاقة، وكذلك سحب من نجوم (M31) المقذوفة بواسطة قوى المد والجزر القوية من الاصطدام.

والأكثر إثارة للإعجاب هي المجرات التي تخضع حالياً لعملية الاصطدام والتراكم في الكون الأبعد ولكنه لا يزال قريباً، تتمثل أعراض الاصطدام في تشويه شكل المجرات (خاصة شكل الأذرع الحلزونية) وتشكيل أقواس عملاقة من النجوم بفعل المد والجزر وزيادة معدل تشكل النجوم والعنقود النجمي، تقع بعض أكثر مجموعات النجوم الشابة ضخامة وإشراقاً في أي مكان في المناطق التي اجتمعت فيها مجرتان معاً مع تصادم سحب الغاز والغبار واندماجهما في عرض مذهل للألعاب النارية الكونية.

النوع المهم من الأدلة على حقيقة أن المجرات تنمو بالاندماج يأتي من مسوحات عميقة جداً للكون البعيد جداً، خاصة تلك التي أجريت باستخدام تلسكوب هابل الفضائي (HST)، وجدت هذه الاستطلاعات خاصة حقل هابل العميق وحقل هابل العميق للغاية مجرات بعيدة جداً لدرجة أن الضوء الذي رصده (HST) تركها عندما كانت صغيرة جداً فقط بضع مئات الملايين من السنين، وهذا يتيح الكشف المباشر عن المجرات الصغيرة وقياسها كما كانت عندما كان الكون فتياً.

والنتيجة هي رؤية كون مختلف تماماً من المجرات، بدلاً من المجرات الإهليلجية العملاقة واللوالب الكبيرة كان الكون في سنواته الأولى مليئاً بأجسام صغيرة غير منتظمة بدت وكأنها مجرد شظايا، كانت هذه هي اللبنات الأساسية التي شكلت في النهاية مجرات أكبر مثل درب التبانة، يُظهر العديد تكويناً نشطاً للنجوم التي تفتقر إلى العناصر الثقيلة لأن العديد من العناصر الثقيلة لم تكن قد تكونت بعد عندما تشكلت هذه النجوم.

تطورات ساعدت في فهم تطور المجرات في الفضاء:

كان معدل تشكل النجوم في هذه الأوقات المبكرة كبيراً، لكنه لم يصل إلى ذروته إلا بعد حوالي مليار سنة، تظهر المجرات من هذا الوقت حداً أقصى لكمية الهيدروجين المثير، مما يشير إلى ارتفاع معدل تكوين النجوم، حيث إن النجوم الشابة شديدة الحرارة ضرورية لإثارة الهيدروجين بين النجوم حتى يمكن اكتشافه، منذ ذلك الوقت تم حجز الكثير من المادة في النجوم (خاصة الأقزام البيضاء) بحيث لا يتوفر ما يكفي من الغبار والغاز بين النجوم لتحقيق مثل هذه المعدلات العالية من تكوين النجوم.

أحد التطورات المهمة التي ساعدت في فهمنا لطريقة تشكل المجرات هو النجاح الكبير لمحاكاة الكمبيوتر، تشير الحسابات عالية السرعة لتاريخ الجاذبية لتجمعات النجوم والمادة بين النجوم والمادة المظلمة إلى أنه بعد الانفجار العظيم تطور الكون كترتيب شبه شبكي للمواد مع تكثف تدريجي للكتل، حيث تتقاطع خيوط الشبكة، في عمليات محاكاة هذه العملية تتشكل مجرات ضخمة، لكن كل منها محاط بمائة أو نحو ذلك من الأجسام الأصغر.

قد تتوافق الأجسام الصغيرة مع المجرات القزمة مثل تلك التي تحيط بمجرة درب التبانة، ولكن لم يبق منها سوى اثني عشر أو نحو ذلك ومن المفترض أن المجرات الباقية قد تراكمت بواسطة المجرة الرئيسية، مثل هذه النماذج الحاسوبية (المسماة محاكاة الجسم n) ناجحة بشكل خاص في محاكاة اصطدام المجرات، وفي المساعدة في تفسير وجود أذرع مد وجزر مختلفة ونفثات لاحظها علماء الفلك.

باختصار فإن النظرة الحالية لتاريخ المجرات هي أن المجرات الحالية هي مزيج من الأجسام العملاقة التي تراكمت المجرات الأصغر في المناطق المجاورة لها خاصة في وقت مبكر من تكوين الكون، جنباً إلى جنب مع بعض المجرات المتبقية الأصغر أو القزمة التي لديها لم تقترب بعد بما يكفي من مجرة ​​أكبر حجماً ليتم التقاطها، يقلل توسع الكون تدريجياً من احتمالية حدوث مثل هذه الالتقاطات؛ لذلك قد تبقى بعض الأقزام على قيد الحياة حتى الشيخوخة وتموت في النهاية مثل أبناء عمومتها العملاقة عندما تصبح جميع نجومهم أقزاماً بيضاء قاتمة أو ثقوباً سوداء وتختفي ببطء.