اسأل إيثان: لماذا تكون المجرات اللولبية ملتوية بشكل فضفاض؟

فكر في أكبر الأجسام في سماء الليل التي شاهدت صورها. نعم ، بالطبع ، إنهم مختلفون تمامًا - النجوم المحتضرة ، وبقايا السوبرنوفا ، وتشكيل نجوم السديم وعناقيد النجوم ، القديمة والجديدة على حد سواء - ولكن لا شيء يتفوق على جمال المجرات اللولبية. تحتوي هذه "أكوان الجزيرة" التي تحتوي على مليارات من تريليونات النجوم ، على بنية فريدة. البنية غامضة نوعًا ما ، إذا فكرت في الأمر - كما يعتقد القارئ جريج روجرز:

ما أدهشني دائمًا بشأن المجرات الحلزونية هو أن أكمامها ملفوفة حولها لا تزيد عن نصف المجرة. نظرًا لأن الجزء الخارجي يدور حول النواة بشكل أبطأ ، يتوقع المرء العثور على المجرات التي يتم لف أذرعها عدة مرات حول النواة. أليس الكون قديمًا بما يكفي لظهور عدد كبير من المجرات الدائرية فيه؟

ضع في اعتبارك أي مجرات لولبية تحبها ، ولكن سيكون لها جميعًا بنية مرئية مماثلة.















تمتد العديد من الأذرع الحلزونية للخارج من القلب المركزي - عادة ما تكون من اثنين إلى أربعة - تلتف حول المجرة أثناء تحركها بعيدًا عن المركز. كان أحد الاكتشافات الرائعة في السبعينيات ، والذي تناقض مع التوقعات ، هو أن سرعة النجوم في مداراتها حول المجرة لا تنخفض لأنها تبتعد عن النواة - كما يحدث مع الكواكب في النظام الشمسي التي تنتقل في المدارات أبطأ كلما ابتعدوا عن المركز. تظل سرعة دوران النجوم ثابتة - هذه طريقة أخرى لقول أن منحنيات دوران المجرات لها شكل جانبي مسطح.



قمنا بقياس هذا من خلال دراسة المجرات الموجودة لنا من الحافة ، وحساب ما تحول الأحمر أو الأزرق الذي تظهره النجوم فيما يتعلق بمسافة بعدها من مركز المجرة. وعلى الرغم من أن سرعات النجوم الفردية لا تتغير عمليًا ، إلا أن نجمًا يقع بعيدًا عن المركز مرتين يدور حوله أبطأ مرتين ، وواحد يقع عشر مرات أبعد - عشر مرات أبطأ.

مسلحًا بذلك ، يمكننا حساب أنه بالنسبة لمجرة مثل درب التبانة ، تحتاج الشمس إلى 220 مليون سنة لإكمال ثورة واحدة حول المجرة. نظرًا لأننا موجودون على بعد 26000 سنة ضوئية تقريبًا من مركز المجرة ، فإن موقعنا أقرب قليلاً من نصف الطريق من المركز إلى الضواحي. هذا يعني أنه بما أن مجرتنا عمرها حوالي 12 مليار سنة ، كان على النجوم الخارجية إكمال ثورة كاملة 25 مرة فقط. النجوم الموجودة تمامًا مثل الشمس قامت بـ 54 دورة. النجوم داخل دائرة يبلغ نصف قطرها 10000 سنة ضوئية أكملت بالفعل أكثر من 100 دورة. بعبارة أخرى ، يمكننا توقع أن تدور المجرات بمرور الوقت ، كما هو موضح في الفيديو أدناه.



ولكن كما تظهر صور المجرات ، فإنها لا تدور عدة مرات. في معظم الحالات ، لا تغلف الأكمام المجرة مرة واحدة! عندما تم اكتشاف خاصية المجرات هذه لأول مرة ، كانت تعني على الأقل ما يلي: كانت هذه الأذرع الحلزونية غير ملموسة ، كان هذا مجرد مظهر. وهذا هو الحال بغض النظر عما إذا كانت المجرات معزولة أم لا. ولكن هناك شيء آخر إذا نظرت عن كثب.



لاحظت بقع وردية على طول الأكمام؟ تظهر حيث توجد مناطق نشطة لتشكيل النجوم الجديدة. النقطة الوردية هي زيادة الضوء المنبعث عند طول موجي محدد للغاية: 656.3 نانومتر. يحدث هذا الإشعاع عندما تحترق النجوم الجديدة بشكل ساطع بما يكفي لتأين الغازات ، ثم عندما تتحد الإلكترونات مع البروتونات ، تبعث ذرات الهيدروجين المشكلة حديثًا الضوء عند تردد معين ، بما في ذلك تلك التي تجعل هذه المناطق وردية.

هذا يخبرنا أن هذه الأذرع الحلزونية تتكون من مناطق تكون فيها كثافة المادة أعلى من أجزاء أخرى من المجرة ، وأن النجوم تدخل وتخرج بحرية من هذه الأسلحة بمرور الوقت.

توجد فكرة تشرح ذلك منذ عام 1964 ، وتُعرف باسم نظرية موجات الكثافة. تنص النظرية على أن الأكمام تبقى في نفس الأماكن بمرور الوقت ، تمامًا مثل الاختناقات المرورية في نفس الأماكن. يمكن للأشياء الفردية (النجوم في المجرة ، والسيارات على الطريق) أن تتحرك من خلالها ، ولكن يبقى نفس العدد من الأشياء في أي وقت دائمًا في حركة المرور. وبسبب هذا ، يبقى موقع المناطق المكثفة دون تغيير.



إن فيزياء العملية بسيطة: فالنجوم في مناطق معينة تخلق قوى الجاذبية التي تعودنا عليها ، وهي التي تحتفظ بالشكل اللولبي. بمعنى آخر ، إذا بدأنا بمنطقة ذات كثافة غازية متزايدة ودعنا قرصنا يدور ، فسوف نحصل على المجموعة الأولية من المناطق التي تتشكل فيها النجوم للمرة الأولى: الأكمام الأولية. مع تطور المجرة ، يتم الحفاظ على هذه الأذرع - والمناطق ذات الكثافة المتزايدة - فقط بسبب تأثيرات الجاذبية.

والمثير للدهشة ، أن هذا التأثير يعمل بشكل جيد أيضًا في وجود مادة مظلمة تحيط بالمجرة في شكل هالة عملاقة ، وغيابها.


على اليسار - مجرة ​​بدون مادة مظلمة ، على اليمين - مع مادة مظلمة

وعلى الرغم من أن افتراضات سؤال جريج كانت غير صحيحة ، نظرًا لأن النجوم الخارجية للمجرة تتحرك بنفس السرعة التي تتحرك بها النجوم الداخلية ، إلا أن الأكمام لا تلتف أبدًا ، بغض النظر عن عمر المجرة - ببساطة بسبب فيزياء المجرة نفسها. مثل الاختناقات المرورية والنجوم والغاز والغبار المحاصرين في أذرع لولبية في أي وقت من الأوقات تكون في بيئة أكثر كثافة ، وعندما تنطلق من هناك ، تزداد المسافة منها إلى النجوم الأخرى - شمسنا في هذا الوضع اليوم.

Source: https://habr.com/ru/post/ar400801/