العصر الذهبي لعلم الفلك خارج المجرة

كيف يتم تحديد المسافة إلى المجرات؟

المسافة إلى سديم أندروميدا هي أحد طرق تحديد المسافة إلى المجرات في علم الفلك، في عام 1929 نشر هابل ورقته التاريخية عن (M31) سديم أندروميدا العظيم، استناداً إلى 350 لوحة فوتوغرافية تم التقاطها في جبل ويلسون قدمت دراسته دليلاً على أن (M31) هو نظام نجمي عملاق مثل مجرة ​​درب التبانة.

نظراً لأن (M31) أكبر بكثير من مجال رؤية التلسكوبات 152 و254 سم (60 و100 بوصة) في جبل ويلسون، فقد ركز هابل على أربع مناطق تتمحور حول النواة وعلى مسافات مختلفة على طول المحور الرئيسي، بلغ إجمالي المساحة التي تمت دراستها أقل من نصف حجم المجرة، وظلت المناطق الأخرى غير المستكشفة غير معروفة إلى حد كبير لمدة 50 عام، (أجريت الدراسات البصرية الشاملة الحديثة للطراز M31 منذ عام 1980 تقريباً).

أشار هابل إلى ميزة مهمة ومحيرة لإمكانية حل (M31)، وهي مناطقها المركزية بما في ذلك النواة والانتفاخ النووي المنتشر لم يتم حلها بشكل جيد في النجوم، هذه أحد الأسباب التي جعلت الطبيعة الحقيقية لـ (M31) بعيدة المنال في السابق، ومع ذلك تم حل الأجزاء الخارجية على طول الأذرع الحلزونية على وجه الخصوص في أسراب من النجوم الباهتة، والتي شوهدت متراكبة على خلفية هيكلية من الضوء، الفهم الحالي لهذه الحقيقة هو أن المجرات الحلزونية عادة ما يكون لها انتفاخات مركزية تتكون حصرياً من نجوم قديمة جداً، وألمعها خافت جداً بحيث لا يمكن رؤيته على ألواح هابل.

العصر الذهبي لعلم الفلك خارج المجرة:

حتى حوالي عام 1950 تقدمت المعرفة العلمية بالمجرات ببطء، لم يجرِ سوى عدد قليل جداً من علماء الفلك دراسات المجرات، وكان عدد قليل جداً من التلسكوبات مناسباً لإجراء أبحاث مهمة، لقد كان حقلاً حصرياً بل كان يحرسه ممارسوه بغيرة، وبالتالي كان التقدم منظماً ولكنه محدود، وفيما يلي أهم المعلومات عن العصر الذهبي لعلم الفلك:

• خلال عقد الخمسينيات من القرن الماضي بدأ المجال يتغير، وأصبحت التلسكوبات البصرية الأكبر حجماً متاحة وأدى برنامج الفضاء إلى زيادة كبيرة في عدد علماء الفلك الخارجين من الجامعات.

• مكّنت الأجهزة الجديدة الباحثين من استكشاف المجرات بطرق جديدة تماماً، مما جعل من الممكن اكتشاف انبعاثاتها من الراديو والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية وحتى الإشعاع في نهاية المطاف عند الأطوال الموجية للأشعة السينية وأشعة جاما.

• في الخمسينيات من القرن الماضي كان هناك تلسكوب واحد أكبر من 254 سم (100 بوصة) (وحوالي 10 علماء فلك فقط يجرون أبحاثاً على المجرات في جميع أنحاء العالم).

• بحلول عام 2000 نما عدد التلسكوبات الكبيرة بشكل كبير مع 12 تلسكوباً أكبر من 800 سم 300 بوصة)، وكان عدد العلماء المكرسين لدراسة المجرات بالآلاف.

بحلول ذلك الوقت كانت المجرات تُدرس على نطاق واسع باستخدام مصفوفات عملاقة من التلسكوبات الراديوية الأرضية والتلسكوبات البصرية التي تدور حول الأرض والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء وأجهزة الكمبيوتر عالية السرعة، هذه الدراسات قد أدت إلى تطورات ملحوظة في المعرفة و فهم، دفع التقدم الهائل في كل من العمل النظري والرصدي الكثيرين إلى القول إن مطلع القرن الحادي والعشرين حدث خلال العصر الذهبي لعلم الفلك خارج المجرة.

أنواع المجرات ومخططات التصنيف الرئيسية:

جميع أنظمة تصنيف المجرات الحالية تقريباً هي نتاج المخطط الأولي الذي اقترحه عالم الفلك الأمريكي إدوين هابل في عام 1926، في مخطط هابل الذي يعتمد على المظهر البصري لصور المجرات على لوحات فوتوغرافية تنقسم المجرات إلى ثلاث فئات عامة، وهي: المجرات البيضاوية واللوالب وغير النظامية، قسم هابل هذه الفئات الثلاث إلى مجموعات أدق.

أنواع المجرات:

• المجرات البيضاوية: تعرض هذه الأنظمة من المجرات خصائص مميزة معينة، حيث تملك المجرات البيضاوية تناسق دوراني كامل، أي أنها شخصيات ثورة ذات محورين رئيسيين متساويين، كما تملك على محور ثالث أصغر وهو محور الدوران المفترض، يتناقص سطوع سطح المجسمات الإهليلجية عند الأطوال الموجية الضوئية بشكل رتيب إلى الخارج من قيمة قصوى في المركز.

لا تحتوي المجرات الإهليلجية على الغبار بين النجوم ولا النجوم الساطعة من النوعين الطيفيين O وB، ومع ذلك يحتوي العديد منها على أدلة على وجود غاز منخفض الكثافة في مناطقها النووية، الإهليلجية لونها أحمر وتشير أطيافها إلى أن ضوئها يأتي في الغالب من النجوم القديمة وخاصة العمالقة الحمراء المتطورة.

• المجرات الحلزونية: تتميز الحلزونات بالتناظر الدائري ونواة لامعة محاطة بقرص خارجي رقيق وبنية حلزونية متراكبة، وهي مقسمة إلى فئتين متوازيتين (الحلزونات العادية واللوالب ذات القضبان)، تحتوي الحلزونات العادية على أذرع تنبثق من النواة، بينما تتميز الحلزونات المحظورة بخاصية خطية لامعة تسمى شريط يمتد على النواة مع فك الذراعين من نهايات الشريط.

نواة المجرة الحلزونية هي منطقة حادة الذروة ذات ملمس ناعم، والتي يمكن أن تكون صغيرة جداً أو في بعض الحالات يمكن أن تشكل الجزء الأكبر من المجرة، كل من أذرع وقرص النظام الحلزوني أزرق اللون في حين أن مناطقه المركزية حمراء مثل مجرة ​​إهليلجية.

• مجرات (S0): تعرض هذه الأنظمة بعض خصائص كل من المجرات الإهليلجية واللوالب، ويبدو أنها جسر بين هذين النوعين الأكثر شيوعاً من المجرات، قدم هابل فئة (S0) بعد فترة طويلة من اعتماد مخطط التصنيف الأصلي الخاص به عالمياً، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى ندرة الأجسام المسطحة للغاية التي كانت لولا ذلك لها خصائص المجرات الإهليلجية.

• مجرات سا (Sa galaxies): هذه الحلزونات العادية لها أذرع ضيقة وملفوفة بإحكام، والتي عادة ما تكون مرئية بسبب وجود الغبار بين النجوم وفي كثير من الحالات في النجوم الساطعة، معظمهم لديهم انتفاخ كبير غير متبلور في الوسط، ولكن هناك البعض الذي ينتهك هذا المعيار، حيث توجد نواة صغيرة حولها مرتبة قرص غير متبلور بأذرع باهتة متراكبة، (NGC 1302) هو مثال على النوع العادي لمجرات (Sa) بينما (NGC 4866) تمثل مجرة ​​ذات نواة وأذرع صغيرة تتكون من ممرات غبار رقيقة على قرص أملس.

• مجرات Sb: عادة ما يحتوي هذا النوع الوسيط من الحلزونات على نواة متوسطة الحجم، تنتشر أذرعها على نطاق أوسع من تلك الموجودة في صنف (Sa) وتبدو أقل نعومة، تحتوي على نجوم وسحب نجمية وغبار وغبار بين النجوم، تظهر مجرات (Sb) تشتتات واسعة في التفاصيل من حيث شكلها.

لاحظ هابل وسانديج على سبيل المثال أنه في بعض مجرات (Sb) تظهر الأذرع عند النواة، والتي غالباً ما تكون صغيرة جداً، يمتلك الأعضاء الآخرون في هذه الفئة الفرعية أذرع تبدأ في التلامس مع حلقة ساطعة شبه دائرية بينما لا يزال البعض الآخر يكشف عن نمط حلزوني صغير ومشرق مضمن في الانتفاخ النووي، وفي أي من هذه الحالات قد يتم ضبط الأذرع الحلزونية على زوايا مختلفة.