بناء وعناقيد المجرات في علم الفضاء

ما هو المكون الكوري في المجرات؟

تحتوي معظم المجرات وربما جميعها على مكون كروي للنجوم القديمة، يشكل هذا المكون في الأشكال البيضاوية كل أو معظم أي نظام معين، في الحلزونات يمثل حوالي نصف النجوم المكونة (يختلف هذا الجزء بشكل كبير حسب نوع المجرة)، في الحالات غير النظامية يكون المكون الكروي غير واضح للغاية أو ربما في بعض الحالات غائب تماماً.

تتشابه بنية المكون الكروي لجميع المجرات كما لو أن اللوالب وغير المنتظمة تمتلك هيكلاً عظمياً من النجوم القديمة المرتبة في هيكل يشبه الشكل الإهليلجي، يتبع التوزيع الشعاعي للنجوم قانون الشكل الخاص في المجرات.

يمكن اشتقاق مجموعة معادلات أكثر تعقيداً إلى حد ما على أساس الجاذبية المتبادلة بين النجوم لبعضها البعض والتأثيرات طويلة المدى للقاءات القريبة بين النجوم، هذه النماذج من المكون الكروي (المعدلة بشكل مناسب في وجود مكونات مجرية أخرى) تناسب الهياكل المرصودة جيداً، الدوران ليس عاملاً مهماً؛ لأن معظم المجرات الإهليلجية والمكون الكروي للأنظمة الحلزونية (مثل مجرة ​​درب التبانة) تدور ببطء.

إن أحد الأسئلة المفتوحة حول بنية هذه الأشياء هو سبب تسطيحها كما يفعل البعض، في معظم الحالات يكون معدل الدوران المقاس غير كافٍ لشرح التسطيح على أساس نموذج كروي مفلطح يدور حول محوره القصير، بعض المجرات الإهليلجية هي بدلاً من ذلك أجسام كروية منتشرة تدور حول محورها الطويل.

بناء المجرات في علم الفضاء:

• مكون القرص: باستثناء المجرات من النوع المبكر مثل أنظمة (S0 وSB0 وSa وSBa) فإن الحلزونات وغير المنتظمة لها مكون مسطح من النجوم ينبعث منها معظم سطوعها، يبلغ سمك مكون القرص خُمس قطره تقريباً (يختلف هذا وفقاً لنوع النجوم قيد الدراسة مثل مجرة درب التبانة)، تظهر النجوم توزيعاً شعاعياً يخضع لانخفاض أُسي إلى الخارج أي أن السطوع يتبع صيغة النموذج.

• أذرع لولبية: تعتمد بنية أذرع المجرات الحلزونية على نوع المجرات، وهناك أيضاً قدر كبير من التباين داخل كل نوع، بشكل عام تمتلك أنواع هابل المبكرة أذرع حلزونية ناعمة غير واضحة بزوايا ميل صغيرة، الأنواع اللاحقة لها أذرع أكثر انفتاحاً (زوايا ميل أكبر).

ضمن نوع معين يمكن العثور على مجرات لها أذرع واسعة (تمتد حول المركز لدورتين كاملتين أو أكثر) وتلك التي تحتوي على بنية ذراع فوضوية تتكون من العديد من الأجزاء القصيرة التي تمتد فقط 20 درجة أو 30 درجة حول المركز، تتناسب جميع الأذرع الحلزونية بشكل معقول مع اللولب اللوغاريتمي.

• توزيع الغاز: إذا نظر المرء إلى المجرات بأطوال موجية لا تظهر إلا غاز الهيدروجين المحايد فسيبدو مختلفاً نوعاً ما عن مظهرها البصري، عادةً ما ينتشر الغاز كما يتم اكتشافه في الأطوال الموجية الراديوية لذرات الهيدروجين المحايدة على نطاق أوسع، حيث يمتد حجم مكون الغاز غالباً إلى ضعف حجم الصورة المرئية بصرياً.

أيضاً في بعض المجرات يوجد ثقب في وسط النظام، حيث لا يوجد هيدروجين محايد تقريباً، ومع ذلك هناك ما يكفي من الهيدروجين الجزيئي لتعويض نقص الهيدروجين الذري، يصعب اكتشاف الهيدروجين الجزيئي لكنه مصحوب بجزيئات أخرى مثل أول أكسيد الكربون والتي يمكن ملاحظتها عند أطوال موجات الراديو.

عناقيد المجرات وأنواعها:

تميل المجرات إلى التجمع معاً، أحياناً تكون في مجموعات صغيرة وأحياناً في مجمعات ضخمة، معظم المجرات لها رفقاء إما عدد قليل من الأشياء القريبة أو مجموعة كبيرة الحجم، بعبارة أخرى المجرات المعزولة نادرة جداً، توجد عدة مخططات تصنيف مختلفة لعناقيد المجرات لكن أبسطها هو الأكثر فائدة، يقسم هذا المخطط المجموعات إلى ثلاث فئات (مجموعات وغير منتظمة وكروية)، وفيما يلي توضيح هذه الفئات الثلاثة:

• المجموعات: تتكون فئة المجموعات من مجموعات صغيرة مدمجة من 10 إلى 50 مجرة ​​من أنواع مختلطة تمتد على ما يقرب من خمسة ملايين سنة ضوئية، مثال على هذا الكيان هو المجموعة المحلية التي تضم مجرة ​​درب التبانة وسحب ماجلان ومجرة أندروميدا وحوالي 50 نظاماً آخر معظمها من مجموعة الأقزام.

• مجموعات غير منتظمة: العناقيد غير المنتظمة عبارة عن تجمعات كبيرة غير محكمة التنظيم من أنواع المجرات المختلطة (معظمها من الحلزونات والمجرات الإهليلجية)، ويبلغ مجموعها ربما 1،000 نظام أو أكثر وتمتد من 10،000،000 إلى 50،000،000 سنة ضوئية، تمثل مجموعات (Virgo وHercules) هذه الفئة.

• مجموعات كروية: العناقيد الكروية كثيفة وتتكون بشكل شبه حصري من المجرات الإهليلجية و(S0)، إنها هائلة ويبلغ قطرها الخطي 50.000.000 سنة ضوئية، قد تحتوي العناقيد الكروية على ما يصل إلى 10000 مجرة،​ والتي تتركز باتجاه مركز العنقود.

كيف يكون توزيع المجرات؟

تم العثور على مجموعات من المجرات في جميع أنحاء السماء، يصعب اكتشافها على طول مجرة ​​درب التبانة، حيث تحجب التركيزات العالية من غبار وغاز المجرة كل شيء تقريباً في الأطوال الموجية البصرية، ومع ذلك يمكن العثور على مجموعات في عدد قليل من النوافذ المجرية وهي ثقوب عشوائية في الغبار تسمح بالرصد البصري.

العناقيد ليست متباعدة بالتساوي في السماء، بدلاً من ذلك يتم ترتيبها بطريقة تشير إلى قدر معين من التنظيم، غالباً ما ترتبط العناقيد بمجموعات أخرى وتشكل عناقيد عملاقة، تتكون هذه التجمعات العملاقة عادةً من 3 إلى 10 مجموعات وتمتد على ما يصل إلى 200 مليون سنة ضوئية، هناك أيضاً مساحات شاسعة بين المجموعات فارغة إلى حد ما وتشكل فراغات، كشفت المسوحات واسعة النطاق التي أجريت في الثمانينيات عن السرعات الشعاعية للمجرات عن نوع أكبر من الهياكل.

تم اكتشاف أن المجرات والعناقيد المجرية تميل إلى الوقوع في مواقع على طول مستويات ومنحنيات كبيرة مثل الجدران العملاقة تقريباً مع وجود مسافات فارغة نسبياً بينها، تم العثور على هيكل ذي صلة على نطاق واسع حيث تحدث انحرافات عن علاقة السرعة والمسافة في اتجاهات معينة، مما يشير إلى أن التوسع المنتظم يكون مضطرباً بسبب تركيزات كبيرة من الكتلة، أحدها الذي تم اكتشافه في عام 1988 أطلق عليه لقب الجاذب العظيم.

التفاعلات بين أعضاء الكتلة في المجرات:

توجد المجرات في مجموعات في جزء من الكون أكثر كثافة من المتوسط والنتيجة هي أن لديهم العديد من الميزات غير العادية، وفيما يلي بعض التأثيرات التي ترتبط بتفاعلات المجرات:

• في الأجزاء الداخلية للعناقيد الكثيفة يوجد عدد قليل جداً (إن وجد) من المجرات الحلزونية العادية، ربما تكون هذه الحالة ناتجة عن تصادمات متكررة إلى حد ما بين المجرات المكدسة بشكل وثيق، حيث تميل مثل هذه التفاعلات العنيفة إلى اكتساح الغاز بين النجمي تاركة وراءها فقط المكون الكروي والقرص الخالي من الغاز، وما تبقى هو في الواقع مجرة ​​(S0).

• التأثير الثاني المرتبط بتفاعلات المجرات هو وجود أنظمة حلزونية فقيرة بالغاز في مراكز التجمعات الكبيرة غير المنتظمة، يحتوي عدد كبير من أعضاء هذه المجموعات على كميات صغيرة بشكل غير طبيعي من الهيدروجين المحايد، ومكوناتها الغازية أصغر في المتوسط ​​من تلك الموجودة في المجرات الأكثر عزلة، يُعتقد أن هذا هو نتيجة لقاءات متكررة بعيدة بين هذه المجرات التي تنطوي على تمزيق أجزائها الخارجية.

• التأثير الثالث لبيئة العنقود الكثيفة هو التواجد في بعض العناقيد (عادة مجموعات صغيرة كثيفة إلى حد ما) لنوع غير عادي من المجرات يسمى مجرة ​​القرص المضغوط، هذه الأجسام تشبه إلى حد ما في بنية مجرات (S0) لكنها أكبر بكثير ولها أغلفة تمتد إلى أنصاف أقطار تصل إلى مليون سنة ضوئية، يحتوي العديد منها على نوى متعددة ومعظمها مصادر قوية لموجات الراديو.