پخش زنده
امروز: -
دلیل چرخش کهکشان ما چیست؟
چرا کهکشان ما و سایر کهکشان‌ها می‌چرخند؟
به گزارش گروه وب‌گردی خبرگزاری صدا و سیما، شاید پرسش این که «چرا کهکشان‌ها می‌چرخند؟» به نظر ساده بیاید، اما وقتی به پاسخ این سؤال فکر کنید، مشکلاتی پیش روی خود خواهید دید.
فرض کنید، یک سامانه بسته از گاز را رها کنید تا به دلیل گرانش خود، منقبض و به یک کهکشان بزرگ با انبوهی از ستارگان و سحابی‌ها تبدیل شود. به‌راحتی می‌توان نشان داد که اگر همه ذرات گاز در ابتدا ساکن یا حتی در حال انبساط با جهان باشند، آن‌گاه کهکشان نهایی هیچ‌گونه چرخشی نخواهد داشت.
جرج گاموفف، فکر می‌کرد که شاید شرایط ابتدایی کیهان ما که بسیار آشوبناک بوده، چرخشی اولیه به ذرات گاز بخشیده که تاکنون دوام آورده است، اما تحقیقات بعدی نشان دادند که چنین چیزی ناممکن است. کیهان اولیه، محیطی بسیار همگن و بدون آشوب بوده است.
فرد هویل در سال ۱۹۴۹ پیشنهاد دیگری مطرح می‌کند. یکی از فرض‌هایی که در ابتدا مطرح کردیم، درست نیست: گازی که در نهایت قرار است تبدیل به کهکشان شود، یک سامانه بسته نیست و با گاز‌های اطراف که قرار است کهکشان‌های همسایه را تشکیل دهند، در حال تعامل گرانشی است.
گشتاوری که از راه این تعامل گرانشی روی گاز در حال سقوط اثر می‌کند، در نهایت، باعث ایجاد چرخش در کهکشان نهایی می‌شود.
جیمز پیبلز در سال ۱۹۶۹ نخستین محاسبات را بر مبنای همین تصویر هویل انجام داد. پیبلز از پیشروان نظریه تشکیل ساختار‌های کیهانی است، نظریه‌ای که تصویری دقیق از نحوه شکل گرفتن کهکشان‌ها و خوشه‌های کهکشانی به دست می‌دهد.
ابزار‌های ریاضی و مفاهیم فیزیکی که به کمک پیبلز توسعه پیدا کردند، چنین محاسباتی را ممکن ساخت. (۵۰ سال بعد، یعنی در سال ۲۰۱۹، پیبلز به دلیل سهمی که در پیشبرد کیهان‌شناسی داشت، برنده جایزه نوبل فیزیک شد.)
کیهان‌شناسان دیگر همچون درشکویچ و وایت، با ادامه دادن این مسیر و انجام شبیه‌سازی و محاسبات بیشتر، در نهایت تصویر دقیقی از منشأ چرخش اولیه کهکشان‌ها به دست دادند که بین کیهان‌شناسان به «نظریه گشتاور کشندی» معروف شد.
قلب این نظریه، همان پیشنهاد هویل است؛ ماده‌ای که قرار است در نهایت به کهکشان تبدیل شود، اگر تحت اثر میدان گرانشی مواد اطراف خود قرار گیرد، به دلیل گشتاور آن‌ها چرخش را آغاز خواهد کرد.
این نظریه گرچه در توضیح منشأ اولیه چرخش کهکشان‌ها نسبتا موفق است، اما توضیحی برای تحول چرخش کهکشان‌ها (یعنی تغییرات چرخش در طی زمان) ندارد. در تصویر نظریه گشتاور کشندی، چرخش کهکشان‌ها پس از تشکیل آن‌ها تغییر نمی‌کند، زیرا اندازه آن‌ها بسیار کوچک شده است، تعامل گرانشی مؤثر با ماده اطراف خود ندارند و چرخش آن‌ها ثابت می‌ماند.
واقعیت این است که محاسبات نظریه گشتاور کشندی، تنها در زمانی قابل اعتماد است که چگالی ماده هنوز بسیار کوچک باشد. اگر چگالی ماده کهکشان نسبت به چگالی کیهان بزرگ باشد، محاسبات بسیار پیچیده می‌شوند. این زمانی است که اثرات غیر خطی، غالب شده‌اند و این دقیقا همان زمان تشکیل کهکشان است.
معمولا محاسبه اثرات غیر خطی، بسیار مشکل و در بسیاری موارد، حتی غیر ممکن است. همین موضوع، موجب شده است که ارائه تصویر دقیقی از تغییر و تحول چرخش کهکشان‌ها مشکل شود.
یکی از مهم‌ترین موارد شناخته شده که چرخش کهکشان‌ها را دچار تغییرات بزرگی می‌کند، ادغام کهکشان‌ها است. وقتی دو کهکشان با هم ادغام شوند، چرخش کهکشان نهایی، برایند چرخش دو کهکشان به دور خود و یکدیگر خواهد بود. بر همین مبنا الگوهایی وجود دارند که از روی تاریخچه ادغام کهکشان‌ها می‌توانند تحول چرخش آن‌ها را توضیح دهند.
اثر دیگری نیز وجود دارد که تاکنون به‌طور جدی در نظر گرفته نشده است؛ همان اثری که موجب شده است ما همیشه یک روی ماه را ببینیم: اثر قفل گرانشی. قفل گرانشی در منظومه خورشیدی، بسیار متداول است.
غیر از ماه که به‌دلیل قفل گرانشی، همیشه تنها یک سمت آن رو به زمین است، قمر‌های گالیله‌ای مشتری و بیشتر قمر‌های زحل نیز به سیاره خود قفل شده‌اند و همیشه یک سمت آن‌ها رو به سیاره مادرشان است.
دلیل این پدیده، اثر جزر و مدی سیارات و قمرهایشان روی یکدیگر است. اثر جذر و مدی زمین روی ماه، سرعت گردش ماه به دور خود را به‌تدریج تغییر داده است تا در نهایت، همیشه یک سمت ماه رو به زمین باشد. همین حالا، ماه در حال تغییر سرعت زمین است تا در آینده دور، شبانه‌روز زمین بلندتر از ۲۴ ساعت شود.
ما درباره کهکشان‌ها شاهد چنین قفل دقیقی نیستیم. کهکشان‌هایی که در مدار دایره‌ای دور یکدیگر بگردند، مانند سیارات، بسیار نادر هستند و با گذشت زمان نیز با یکدیگر ادغام خواهند شد؛ اما وقتی دو کهکشان از کنار یکدیگر عبور می‌کنند، با ساز و کاری مشابه می‌توانند سرعت چرخش یکدیگر را تغییر دهند، بدون این‌که با هم ادغام شوند.
معمولا سال‌های بسیار طول می‌کشد تا سرعت چرخش سیارات، درصد قابل توجهی تغییر کند، اما ابعاد بسیار بزرگ‌تر و بافت بسیار رقیق‌تر کهکشان‌ها موجب می‌شوند که حتی یک بار عبور از کنار هم نیز موجب تغییر قابل ملاحظه چرخش کهکشان‌ها شود.
ما با در نظر گرفتن اثر قفل گرانشی و محاسبه تأثیر آن روی کهکشان‌ها و مقایسه نتیجه محاسبات با شبیه‌سازی TNG تأییدی جهت وجود اثر قفل گرانشی یافته‌ایم.
بر اساس نتایج این تحقیقات که در مجله The Astrophysical چاپ شده است، وجود این اثر، درک بهتری از ارتباط شکل کهکشان‌ها با محیط پیرامون خود به دست می‌دهد و این به نوبه خود در تحلیل داده‌های ریزهمگرایی گرانشی، بسیار با اهمیت خواهد بود.
از این به بعد، هر وقت، ماه در آسمان بود، به یاد داشته باشید، جهت پیدا کردن بخشی از پاسخ این سؤال که «چرا کهکشان ما می‌چرخد؟» باید به ماه نگاه کنیم.
منبع: ناسا
نظر شما