النجوم في مجرة درب التبانة

ما هو دور النجوم في مجرة درب التبانة؟

تكشف النجوم في المجرة خاصة على طول مجرة ​​درب التبانة عن وجود وسط بين نجمي عام وشامل من خلال الطريقة التي تتلاشى بها تدريجياً مع المسافة، يحدث هذا في المقام الأول بسبب الغبار بين النجوم الذي يحجب ويحمر ضوء النجوم، ففي المتوسط يتم تعتيم النجوم القريبة من الشمس بمقدار ضعفين لكل 3000 سنة ضوئية، وبالتالي فإن النجم الذي يبعد 6000 سنة ضوئية في مستوى المجرة سيظهر خافتاً أربع مرات، مما كان سيبدو لولا الغبار بين النجوم.

الطريقة الأخرى التي تظهر بها تأثيرات الغبار بين النجوم هي من خلال استقطاب ضوء النجوم في الخلفية، يتم محاذاة الغبار في الفضاء إلى حد ما، وهذا يؤدي إلى امتصاص انتقائي بحيث يكون هناك مستوى اهتزاز مفضل لموجات الضوء، تميل المتجهات الكهربائية إلى التواجد بشكل تفضيلي على طول مستوى المجرة، على الرغم من وجود مناطق يكون فيها التوزيع أكثر تعقيداً، من المحتمل أن ينشأ الاستقطاب؛ لأن حبيبات الغبار محاذاة جزئياً بواسطة المجال المغناطيسي للمجرة.

دور حبيبات الغبار في رسم اتجاه المجال المغناطيسي للمجرة:

• إذا كانت حبيبات الغبار مغناطيسية بحيث تعمل إلى حد ما مثل المغناطيس، فإن المجال المغناطيسي العام (على الرغم من ضعفه للغاية) يمكنه في الوقت المناسب أن يضع الحبيبات مع محاورها القصيرة في اتجاه المجال؛ نتيجة لذلك فإن اتجاهات الاستقطاب للنجوم في أجزاء مختلفة من السماء تجعل من الممكن رسم اتجاه المجال المغناطيسي في درب التبانة.

• الغبار مصحوب بغاز يتناثر بشكل رقيق بين النجوم ويملأ الفراغ بينها، يتكون هذا الغاز بين النجوم في الغالب من الهيدروجين في شكله المحايد، تستطيع التلسكوبات الراديوية اكتشاف الهيدروجين المحايد؛ لأنه يصدر إشعاعاً بطول موجة يبلغ 21 سم.

• إن الطول الموجي الراديوي طويل بما يكفي لاختراق الغبار بين النجوم، وبالتالي يمكن اكتشافه من جميع أجزاء المجرة، تم اشتقاق معظم ما تعلمه علماء الفلك عن بنية وحركات المجرة واسعة النطاق من الموجات الراديوية للهيدروجين المحايد بين النجوم.

لا يمكن تحديد المسافة إلى الغاز المكتشف بسهولة؛ لذلك يجب استخدام الحجج الإحصائية في كثير من الحالات، لكن سرعات الغاز عند مقارنتها بالسرعات الموجودة للنجوم وتلك المتوقعة على أساس ديناميكيات المجرة توفر أدلة مفيدة حول موقع مصادر الهيدروجين المختلفة انبعاث الراديو، بالقرب من الشمس يبلغ متوسط ​​كثافة الغاز بين النجمي 10 إلى 21 جم لكل سم مكعب، وهو ما يعادل حوالي ذرة هيدروجين واحدة لكل سنتيمتر مكعب.

حتى قبل اكتشاف الانبعاث من الهيدروجين المحايد لأول مرة في عام 1951 كان علماء الفلك على دراية بالغاز بين النجوم، تمتص المكونات الصغيرة للغاز (مثل الصوديوم والكالسيوم) الضوء بأطوال موجية محددة، وبالتالي تتسبب في ظهور خطوط امتصاص في أطياف النجوم التي تقع وراء الغاز، نظراً لأن الخطوط التي تنشأ من النجوم عادةً ما تكون مختلفة فمن الممكن التمييز بين خطوط الغاز بين النجمي وقياس كثافة وسرعة الغاز، في كثير من الأحيان يكون من الممكن ملاحظة آثار عدة تركيزات للغاز بين النجوم بين الأرض ونجوم الخلفية، وبالتالي تحديد حركية الغاز في أجزاء مختلفة من المجرة.

المجرات المرافقة لمجرة درب التبانة:

• تم التعرف على غيوم ماجلان في أوائل القرن العشرين كأشياء مصاحبة للمجرة، عندما أسس عالم الفلك الأمريكي إدوين هابل الطبيعة خارج المجرة لما نسميه الآن بالمجرات، أصبح من الواضح أن الغيوم يجب أن تكون أنظمة منفصلة كلاهما من الطبقة غير المنتظمة وأكثر من 100000 سنة ضوئية، (أفضل القيم الحالية لمسافاتها هي 163000 و202000 سنة ضوئية للسحبتين الكبيرة والصغيرة على التوالي).

• تم العثور على رفقاء آخرين قريبين كلهم ​​أجسام صغيرة وغير واضحة من فئة البيضاوي القزم، أقرب هذه المجرات هي (Sagittarius dwarf)، وهي مجرة ​​تسقط في مجرة ​​درب التبانة، بعد أن تم التقاطها بشكل مدّي بواسطة جاذبية المجرة الأقوى بكثير، يبعد قلب هذه المجرة حوالي 90000 سنة ضوئية.

• المرافقون الآخرون المقربون هم مجرات (Carina وDraco وFornax وLeo I وLeo II وSextans وSculptor وUrsa Minor) المدروسة جيداً، بالإضافة إلى العديد من الأجسام الباهتة جداً والأقل شهرة، تتراوح المسافات بالنسبة لهم من حوالي 200000 إلى 800000 سنة ضوئية، يتم محاكاة تجميع هذه المجرات حول مجرة ​​درب التبانة في حالة مجرة ​​أندروميدا، والتي يصاحبها أيضاً العديد من رفقاء الأقزام.

سكان النجوم والحركة في مجرة درب التبانة:

• النجوم والمجموعات النجمية: خضع مفهوم المجموعات المختلفة للنجوم لتغيير كبير خلال العقود العديدة الماضية، قبل الأربعينيات من القرن الماضي كان علماء الفلك على دراية بالاختلافات بين النجوم، وكانوا مسؤولين عن معظمها إلى حد كبير من حيث الكتل المختلفة واللمعان والخصائص المدارية حول المجرة.

ومع ذلك فإن فهم الاختلافات التطورية لم يتحقق بعد، وعلى الرغم من أن الاختلافات في الوفرة الكيميائية في النجوم كانت معروفة لم يتم فهم أهميتها، في هذا المنعطف بدت الاختلافات الكيميائية استثنائية وغير منتظمة وبقيت غير مرتبطة بخصائص نجمية أخرى، لم يكن هناك حتى الآن تقسيم منهجي للنجوم حتى إلى عائلات حركية مختلفة، على الرغم من التقدم في العمل النظري على ديناميكيات المجرة.

• أنواع السكان الرئيسية: في عام 1944 أعلن عالم الفلك الألماني المولد والتر بادي الحل الناجح للنجوم في مركز مجرة ​​المرأة المسلسلة (M31) ومرافقيها البيضاويين (M32 وNGC 205)، ووجد أنه تم حل الأجزاء المركزية من مجرة ​​المرأة المسلسلة والمجرات المصاحبة بمقادير أخف بكثير من مناطق الذراع الحلزونية الخارجية لـ (M31)، علاوة على ذلك باستخدام لوحات ذات حساسية طيفية مختلفة ومرشحات ملونة اكتشف أن المجسمين الإهليلجيين ومركز الحلزون يحتويان على عمالقة حمراء كألمع نجومهم، بدلاً من نجوم التسلسل الرئيسي الزرقاء كما في حالة الأذرع الحلزونية.

قاد هذا الاكتشاف بادي إلى اقتراح أن هذه المجرات وكذلك مجرة ​​درب التبانة تتكون من مجموعتين من النجوم المتميزة في خصائصها الفيزيائية بالإضافة إلى مواقعها، لقد طبق مصطلح السكان الأول على النجوم التي تشكل الأذرع الحلزونية لأندروميدا، وعلى معظم النجوم المرئية في نظام مجرة ​​درب التبانة في جوار الشمس، وجد أن هذه الكائنات من المجموعة الأولى كانت مقتصرة على القرص المسطح للحلزونات، واقترح أنها كانت غائبة عن مراكز مثل: هذه المجرات ومن المجرات الإهليلجية تماماً.

أطلق بادي على النجوم العملاقة الحمراء اللامعة التي اكتشفها في الأشكال البيضاوية، وفي نواة أندروميدا السكان الثاني، كانت الأجسام الأخرى التي يبدو أنها تحتوي على ألمع النجوم في هذه الفئة هي العناقيد الكروية للمجرة، واقترح بادي كذلك أن النجوم عالية السرعة بالقرب من الشمس هي أجسام المجموعة الثانية التي صادف مرورها عبر القرص.

• وظيفة اللمعان النجمي: وظيفة اللمعان النجمي هي وصف للعدد النسبي للنجوم ذات اللمعان المطلق المختلف، غالباً ما يستخدم لوصف المحتوى النجمي لأجزاء مختلفة من المجرة أو مجموعات أخرى من النجوم، لكنه يشير في الغالب إلى العدد المطلق للنجوم ذات الأحجام المطلقة المختلفة في الجوار الشمسي، حيث يطلق عليه عادة وظيفة فان راين، والتي سميت على اسم عالم الفلك الهولندي بيتر جيه فان راين.

تعتبر وظيفة فان راين مرجعاً أساسياً للجزء المحلي من المجرة، ولكنها لا تمثل بالضرورة منطقة أكبر من الحي الشمسي المباشر، وجد الباحثون أنه في أماكن أخرى من المجرة وفي المجرات الخارجية (وكذلك في العناقيد النجمية)، يختلف شكل وظيفة اللمعان في نواحٍ مختلفة عن وظيفة فان راين، يعد التحديد التفصيلي لوظيفة اللمعان في المنطقة الشمسية عملية معقدة للغاية، تنشأ الصعوبات بسبب:

1. عدم اكتمال المسوحات الحالية للنجوم من جميع اللمعان في أي عينة من الفضاء.

2. عدم اليقين في البيانات الأساسية (المسافات والمقادير).