يتميز هاتف Sunflower Galaxy ، Messier 63 ، بإمالة نسبة إلى خط الرؤية الخاص بنا ، حيث يبدو نصفه أكثر غبارًا بشكل واضح من الآخر. هذه المجرة الحلزونية المتطورة التي لم يكن لها اندماج كبير مؤخرًا ، وهي أكثر دوامة إلى حد ما (أو نادرة) من تلك الخاصة بنا. (ESA / HUBBLE & NASA)

ما كان عليه الحال عندما اتخذ درب التبانة الشكل؟

منذ مليارات السنين ، كان درب التبانة غير معروف. إليك كيف اتخذت شكلها الحديث.

قد تكون مجرة ​​درب التبانة واحدة من التريليونات في الكون الذي يمكن ملاحظته ، لكنها خاصة بشكل فريد كموطننا الكوني. يتألف من بضع مئات من مليارات النجوم ، وحوالي تريليون كتلة شمسية من المادة المظلمة ، وثقب أسود ضخم فائق الكتلة ، وعدد كبير من الغاز والغبار ، نحن في الواقع نموذجي إلى حد ما في المجرات الحديثة. نحن لسنا من بين أكبر المجرات أو أصغرها ، كما أننا لسنا في مجموعة ضخمة للغاية أو في عزلة.

لكن ما الذي يجعلنا متميزين ، هو مدى تطورنا. تنمو بعض المجرات بسرعة ، مستنفدة وقودها وتصبح "حمراء وموتا" عندما تفقد القدرة على تكوين نجوم جديدة. تخضع بعض المجرات لعمليات الدمج الكبرى ، حيث تحولت من اللوالب إلى اهليلجيات عندما يحدث ذلك. ويعاني آخرون من اضطرابات هائلة في المد والجزر ، مما يؤدي إلى أذرع دوامة كاسحة منتفخة. ليس درب التبانة ، على الرغم من. لقد نشأنا تمامًا كما كنت تتوقع. إليك كيف وصلنا إلى هناك.

تظهر حافظة Whirlpool Galaxy (M51) بلون وردي على أذرعها الحلزونية نظرًا لوجود قدر كبير من تكوين النجوم الذي يحدث. في هذه الحالة بالذات ، تتسبب مجرة ​​قريبة تتفاعل بشكل جاذبي مع مجرة ​​ويرلبول في تكوين هذا النجوم ، لكن جميع اللوالب الغنية بالغاز تظهر مستوى من الولادة الجديدة للنجوم. (ناسا ، ESA ، S. BECKWITH (STSCI) ، وفريق التراث HUBBLE STSCI / AURA))

في الوقت الحاضر ، مجرات مثل درب التبانة شائعة بشكل لا يصدق. فيما يلي بعض الخصائص التي يتم عرضها عادة:

  • مئات المليارات من النجوم ،
  • تتركز في شكل يشبه فطيرة ،
  • تحيط بها مجموعات كروية في شكل يشبه الهالة ،
  • تحتوي على أذرع لولبية تمتد شعاعيًا للخارج لعشرات الآلاف من السنوات الضوئية ،
  • مع ميزة تشبه البار المركزي المنبثقة من منطقة منتفخة ،
  • كمية هائلة من الغاز والغبار تتركز في الطائرة المجرة ،
  • ووجدت المناطق الناشئة ذات النجوم الصغرى حيث الغاز والغبار أكثر كثافة

يمارس هذا العملاق سحبًا ثقيلًا هائلاً يعمل على كل شيء آخر قريب. يمكنك التعرف على مجرة ​​كهذه من بعيد ، حيث يتدفق ضوء النجوم منها كهدية مميزة. لكن لم يكن الأمر كذلك إلى الأبد. ما نعرفه باسم عالمنا بدأ مع الانفجار العظيم منذ حوالي 13.8 مليار سنة ، ولم تكن المجرات بهذه الطريقة دائمًا. في الواقع ، إذا نظرنا إلى الوراء بعيدا بما فيه الكفاية ، يمكننا أن نرى الاختلافات تبدأ في الظهور.

تعد المجرات المشابهة لطريقة درب التبانة حاليًا عديدة ، لكن المجرات الشابة التي تشبه درب التبانة هي أصغر بطبيعتها ، وأكثر زرقة ، وأكثر فوضوية ، وأكثر ثراءً في الغاز بشكل عام من المجرات التي نراها اليوم. بالنسبة لأول مجرات ، يذهب هذا التأثير إلى أقصى الحدود. بقدر ما رأيناه من قبل ، فإن المجرات تطيع هذه القواعد. (ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية)

بالمقارنة مع مجرة ​​درب التبانة وغيرها من مجرات درب التبانة التي نراها اليوم ، كانت المجرات:

  • أصغر سنا ، كما يتضح من زيادة في النجوم الشباب ،
  • بلوير ، لأن النجوم الأزرق تموت الأسرع
  • أصغر ، لأن المجرات تندمج مع بعضها وتجتذب المزيد من المواد بمرور الوقت ،
  • وأقل شبها بالولب ، لأننا نرى فقط الأجزاء الأكثر سطوعًا من المجرات الأكثر نشاطًا ، البعيدة ، المكونة للنجوم.

بعبارة أخرى ، مجرتنا اليوم هي نتيجة 13.8 مليار سنة من التطور الكوني ، حيث اندمجت أعداد كبيرة من المجرات الصغيرة الأولية معًا واجتذبت المزيد من المواد فيها. نحن ما تبقى بعد ابتلاع عدد لا يحصى من المجرات الأخرى من قبل منطقتنا.

تشكل النجوم ، والجسور الغازية ، والمجرات غير النظامية مجرد بعض الميزات الناشئة في مجموعة Hickson Compact Group 31. وغالبًا ما توضح المجموعات المدمجة كيف تظهر عمليات دمج المجرات في مجموعة متنوعة من المراحل والظروف. (ناسا / STSCI / الويكي / HUBBLE و WIKIMEDIA COMMONS USI FRIENDLYSTAR)

قصة كيف بنينا درب التبانة مثل بناء هيكل عملاق من ليغو. فقط ، بدلاً من بقايا LEGO كما هي مع مرور الوقت ، فإنهم يغيرون شكلهم بنشاط حيث نقوم بتجميع هيكلنا. سيكون الأمر مثل البدء في كل القطع لتشكيل 100 من مقاتلي X-Wing LEGO المختلفين ، والانتهاء من لعبة Star Destroyer عندما انتهينا.

المجرات ، كما ترى ، لا تنمو من خلال جذب المجرات الأخرى والاندماج معًا لتشكيل مجرات أكبر. تتطور المجرات أيضًا ، بمعنى أنها:

  • استدارة،
  • شكل النجوم ،
  • المسألة القمع في اتجاه المركز ،
  • توليد موجات الكثافة على طول أذرعهم الحلزونية ،
  • جذب المزيد من المواد من خارج المجرة على طول خيوط كونية ،
  • وتغيير الشكل والتوجه بناء على المجرات الأخرى والمادة التي تقع فيها.
مركب متعدد الطول الموجي من المجرات المتفاعلة NGC 4038/4039 ، وهوائي ، يُظهر ذيول المد والجزر التي تحمل الاسم نفسه في الراديو (البلوز) ، ولعب النجوم الماضية والحديثة في البصري (الأبيض والوردي) ، ومجموعة مختارة من المناطق الحالية للنجوم بالملليتر / ملم (مم) البرتقال والصفر. أقحم: طرق عرض اختبار أول مم / submm من ALMA ، في Bands 3 (برتقالي) ، 6 (كهرماني) ، و 7 (أصفر) ، تظهر التفاصيل تفوق جميع المشاهدات الأخرى في هذه الأطوال الموجية. ((NRAO / AUI / NSF) ؛ ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) ؛ HST (ناسا ، ESA ، و B. WHITMORE (STSCI)) ؛ J. HIBBARD ، (NRAO / AUI / NSF) ؛ NOAO / AURA / NSF) )

في حين أن المجرات الأولى التي نشأت في نهاية المطاف إلى درب التبانة ربما تكونت بعد 200-250 مليون سنة فقط من الانفجار الكبير ، استمر التطور الكوني طوال ذلك الوقت.

كانت المرحلة الأولى هي تكوين النجوم الأولى ومجموعات النجوم ، والتي تستغرق حوالي 100 مليون سنة ، وتتكون من المواد البدائية (الهيدروجين والهيليوم) التي خلفها الانفجار الكبير. تطورت مجموعات النجوم هذه بسرعة ، مما أدى إلى نهاية حياة سريعة للغاية لنجومها. عندما مات هؤلاء النجوم ، تلوثوا وسط النجوم مع العناصر الثقيلة التي أدت بعد ذلك إلى الجيل الثاني من النجوم. بحلول الوقت الذي مرت فيه 200 إلى 300 مليون سنة ، اندمجت مجموعات النجوم مع بعضها البعض ، مما أدى إلى ظهور المجرات الأولى.

تشكل المجرات التي تمر حاليًا بتفاعلات أو عمليات دمج للجاذبية دائمًا أيضًا نجوم جديدة زاهية ومشرقة. الانهيار البسيط هو الطريقة لتكوين النجوم في البداية ، ولكن معظم أشكال النجوم التي نراها اليوم تنتج عن عملية أكثر عنفًا. تمثل الأشكال غير المنتظمة أو المضطربة لمثل هذه المجرات توقيعًا رئيسيًا على أن هذا ما يحدث ، ويمكن أن يعود الدليل على عمليات الدمج هذه إلى الحد الذي يمكن أن تراه منا التلسكوبات في الوقت الحالي. (ناسا ، ESA ، P. OESCH (جامعة جنيف) ، M. M. MONTES (جامعة ويلز الجنوبية الجديدة))

ثم تبدأ الشبكة الكونية في التبلور. مع مرور الوقت ، يمكن أن يصل الجاذبية إلى مسافات أكبر وأكبر ، مما يتسبب في سقوط كتل من المادة على نطاق أوسع. عندما يسقط عليه عنقود أصغر من المجرة الأولى ، فإنه يتم مزقته وتناثره في داخل المجرة برفق و ببطء ، حيث يمكن ببساطة استيعابها مع مرور الوقت.

هذه الاندماجات البسيطة شائعة ، وأي شيء يصل إلى حوالي ثلث كتلة المجرة الكلية يقع في هذه الفئة. يجب أن تظل جميع الهياكل الداخلية ، مثل الأسلحة الحلزونية أو المناطق المكونة للنجوم أو العارضة أو الانتفاخ ، سليمة. وفي الوقت نفسه ، يوفر الغاز والغبار الإضافي وقودًا جديدًا للأجيال الجديدة من النجوم. عادةً ما يزداد تكوين النجوم خلال أحداث الاندماج ، حتى الأحداث الثانوية. خلال أول 2 أو 3 مليارات سنة ، كانت هذه العملية شائعة.

عندما تحدث عمليات الاندماج الكبرى للمجرات ذات الحجم المماثل في الكون ، فإنها تشكل نجوم جديدة من غاز الهيدروجين والهيليوم الموجود داخلها. يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة كبيرة في تكوين النجوم ، على غرار ما نلاحظه داخل المجرة القريبة Henize 2-10 ، التي تبعد 30 مليون سنة ضوئية. من المحتمل أن تتطور هذه المجرة ، بعد الاندماج ، إلى شكل بيضاوي عملاق. (الأشعة السينية (NASA / CXC / VIRGINIA / A.REINES ET AL) ؛ RADIO (NRAO / AUI / NSF) ؛ OPTICAL (NASA / STSCI))

ولكن مع مرور الوقت وتوسع الكون ، تصبح عمليات الاندماج ، في المتوسط ​​، أقل شيوعًا ولكنها أكثر تخصصًا. تتكتل المجرات وتتجمع معًا في مجموعات متعددة الأحجام ، ولكن في بعض الأحيان يمكن أن تشكل مجموعات مجرات كبيرة بمئات أو حتى آلاف المرات من مجموعتنا المحلية. تعد مجموعات المجرات الكثيفة هذه من أكثر المعالم السياحية إثارة في الكون ، لكنها أيضًا نادرة نسبيًا: غالبية الكتلة وغالبية المجرات موجودة في مجموعات صغيرة مثل مجموعاتنا ، وليس في مجموعات ضخمة نراها منتشر في عالمنا. بحلول الوقت الذي مرت فيه 4 أو 5 مليارات سنة ، أصبح من الواضح أننا لم نصبح جزءًا من مجموعة ضخمة.

من المهم أن نبقي هذه الاندماجات صغيرة. إذا واجهنا واحدة كبرى ، حيث تصطدم مجرتان متشابهتان في الحجم ، فيمكنهما إحداث انفجار هائل من تكوين النجوم ، والذي يمكنه استخدام كل الغاز المتكون من النجوم المتاح و "خلط" المسألة في المجرة.

كتلة المجرة الديناميكية الفائقة الدمج Abell 370 ، مع كتلة الجاذبية (المادة المظلمة في الغالب) المستخلصة باللون الأزرق. تم العثور على العديد من المجرات الإهليلجية داخل مجموعات ضخمة مثل هذا ، كنتيجة لعمليات الدمج الكبرى التي حدثت قبل مليارات السنين. لا يزال هناك عدد كبير من اللوالب ، أيضًا ، حيث قد يتجاوز إجمالي كتلة هذه المجموعة المجرة ألف مرة من المجموعة المحلية. (ناسا ، ESA ، D. HARVEY (المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا) ، ر. MASSEY (جامعة دورهام ، المملكة المتحدة) ، فريق HUBBLE SM4 ERO TERO و ST-ECF)

ينتج عن هذا عادة إنشاء مجرة ​​إهليلجية عملاقة: تلك التي تشكل النجوم دفعة واحدة بأعداد هائلة ، ثم مرة أخرى أبدًا. هذه هي المرحلة النهائية لتطور المجرات بالنسبة لمعظم المجرات ، لكنها تعتمد على العديد من المجرات الكبيرة التي تتحطم معًا. يساعد هذا الإدراك في تفسير سبب شيوع الاهليلجيات العملاقة داخل مجموعات المجرات الضخمة ، ولكن نادرًا في مجموعات أو بمعزل عن غيرها.

يستغرق الكثير من الكتلة ، التي بنيت على مر الزمن ، لإنشاء دمج كبير. طالما كانت المجرة ضخمة بدرجة كافية (كما في درب التبانة بحجمها أو ما شابهها) ، فهناك مواد متوفرة لتكوين نجوم جديدة (غاز). طالما أن المجرات لها زخم زاوي ومحور دوران مفضل (وهو ما يحدث في حالة عدم وجود اندماج كبير) ، وطالما كان لديهم ما يكفي من الوقت للاستقرار في شكل مستقر (كلهم ، ما لم يكن هناك الاندماج الرئيسي الأخير) ، نتوقع أن يكون لديهم شكل حلزوني.

يُعتقد أن المجرة المنعزلة MCG + 01–02–015 ، وكل ذلك بمفردها لأكثر من 100،000،000 سنة ضوئية في جميع الاتجاهات ، هي في الوقت الحاضر المجرة الوحيدة في الكون. تتوافق السمات التي تظهر في هذه المجرة مع كونها حلزونية هائلة تتشكل من سلسلة طويلة من عمليات الدمج البسيطة ، لكنها كانت هادئة نسبياً على هذه الجبهة منذ مليارات السنين. (ESA / HUBBLE & NASA و N. GORIN (STSCI) ؛ شكر وتقدير: جودي شميدت)

من المحتمل أن تكون درب التبانة قد نمت من سلسلة من المجرات الأولية التي استقرت في شكل حلزوني ، ثم استحوذت تدريجياً على العديد من المجرات الأصغر الموجودة في المجموعة المحلية. لم نجمع معظمهم ؛ هذا الشرف يذهب إلى جارنا ، أندروميدا. كما أننا لم نقم بذلك: فهناك مجرات تعمل عبر الأقمار الصناعية تندمج معنا اليوم ، وبعض المجرات على مشارفنا ، مثل سحبتين ماجلاني ، من المحتمل أن يتم التهامها خلال مئات الملايين من السنين القادمة أو نحو ذلك.

القصة الكونية التي جلبت مجرة ​​درب التبانة هي قصة بقاء الأكبر. عندما يتعلق الأمر بالسيطرة على المجرة ، فإن الكتلة هي العامل الساحق.

مع مرور الوقت ، بدأ هذا الشكل المسطح يشبه القرص. أصبحت أذرعنا الحلزونية أكثر وضوحًا وطورت مزيدًا من المنعطفات فيها. توتنهام خرج من الأذرع ، وتفاعلات الجاذبية أدت بنا إلى تكوين نجوم على طول أطراف ذيل مجرتنا. يتدفق الغاز الإضافي على المشارف ، وينقلب في النهاية إلى المركز.

مع استمرار تطور المجرات ، فإنها تطور أيضًا ميزات قد نتعرف عليها. تتشكل انتفاخ مركزي في المنطقة الأكثر كثافة من المادة. هناك مسارات أكثر نجاحًا في دفع الأمور إلى قلبها: شريط مركزي يتطور وينمو. تتسبب ديناميات الغاز والنجوم في أن تصبح المجرة قرصًا أرق ، وتنتشر باتجاه الحواف ، وتزيد في دائرة نصف قطرها ولكنها تتناقص في السُمك.

وأخيراً ، كما تفعل الجاذبية الحتمية ، ستندمج جميع المجرات المرتبطة ببعضها في نهاية المطاف. إن درب التبانة نفسها متجهة ، بعد حوالي 4 مليارات سنة من الآن ، لدمجها مع أندروميدا.

سلسلة من اللقطات التي تبين اندماج Milky Way-Andromeda ، وكيف ستظهر السماء مختلفة عن الأرض عند حدوثها. سيحدث هذا الاندماج حوالي 4 مليارات عام في المستقبل ، مع انفجار هائل من تكوين النجوم يؤدي إلى مجرة ​​إهليلجية حمراء وموتة وخالية من الغاز: Milkdromeda. الإهليلجية الفردية الكبيرة هي المصير النهائي للمجموعة المحلية بأكملها. (ناسا ؛ ز. ليفاي ور. فان دير ماريل ، إس إس سي آي ؛ تي. هالاس ؛ وأ. ميلنجر)

القصة الكونية التي أدت إلى درب التبانة هي قصة تطور مستمر. من المحتمل أننا تشكلنا من مئات أو حتى الآلاف من المجرات الصغيرة في المراحل المبكرة التي اندمجت معًا. من المحتمل أن تكون الأسلحة الحلزونية قد تشكلت ودمرت عدة مرات عن طريق التفاعلات ، فقط لإعادة تشكيلها من الطبيعة الدوارة الغنية بالغاز في مجرة ​​متطورة. حدث تكوين النجوم في الداخل في الأمواج ، وغالبًا ما يكون سببًا لعمليات الدمج البسيطة أو التفاعلات الجاذبية. وأدت موجات التكوين النجمي هذه إلى زيادة في معدلات السوبرنوفا وإثراء المعادن الثقيلة. (يبدو هذا كأنشطة ما بعد المدرسة المفضلة لدى الجميع.)

لا تزال هذه التغييرات المستمرة تحدث وستنتهي مليارات السنين في المستقبل ، عندما تندمج جميع مجرات المجموعة المحلية معًا. كل مجرة ​​واحدة لها قصة فلكية فريدة من نوعها ، ودرب التبانة هو مجرد مثال نموذجي واحد. فبينما كبرنا ، ما زلنا نتطور.

مزيد من القراءة حول ما كان عليه الكون عندما:

  • كيف كان حال الكون عندما كان منتفخاً؟
  • كيف كان الوضع عندما بدأ الانفجار الكبير لأول مرة؟
  • كيف كان الحال عندما كان الكون في أحر حالاته؟
  • كيف كان الوضع عندما خلق الكون أول الأمر أكثر من المادة المضادة؟
  • كيف كان الحال عندما أعطى هيغز الكتلة للكون؟
  • كيف كان الوضع عندما صنعنا البروتونات والنيوترونات لأول مرة؟
  • كيف كان الوضع عندما فقدنا آخر مادة مضادة لدينا؟
  • كيف كان شكل الكون عندما صنع عناصره الأولى؟
  • كيف كان الحال عندما صنع الكون الذرات لأول مرة؟
  • كيف كان حال عدم وجود نجوم في الكون؟
  • كيف كان الوضع عندما بدأت النجوم الأولى بإضاءة الكون؟
  • كيف كان حال وفاة النجوم الأولى؟
  • كيف كان شكل الكون عندما صنع الجيل الثاني من النجوم؟
  • كيف كان الحال عندما صنع الكون أول مجرات؟
  • كيف كان الوضع عندما اخترق ضوء النجوم لأول مرة ذرات الكون المحايدة؟
  • كيف كان حال تكوين الثقوب السوداء الهائلة الأولى؟
  • كيف كان الوضع عندما أصبحت الحياة في الكون ممكنة؟
  • كيف كان شكلها عندما شكلت المجرات أكبر عدد من النجوم؟
  • كيف كان شكل أول كواكب صالحة للسكن؟
  • كيف كان شكلها عندما تبلورت الشبكة الكونية؟

يبدأ تطبيق "بدء بـ A Bang" الآن في مجلة "فوربس" ، ويتم إعادة نشره على "متوسط" بفضل أنصار باتريون لدينا. قام إيثان بتأليف كتابين ، "وراء المجرة" ، وعلم التكنولوجيا: "علم ستار تريك" من ترايكردز إلى وارب درايف.