تصادف راه شيري با كهكشا ن اندرومدا

تصادف راه شيري با كهكشان آندرومدا


ميلياردها سال بعد، كهكشان خانگي ما با همسايه بزرگ و نزديك خود برخورد خواهد كرد كه باعث ايجاد منظره‌اي بي همتا در اين گوشه از جهان پهناور خواهد شد.
ميلياردها سال بعد، كهكشان خانگي ما با همسايه بزرگ و نزديك خود برخورد خواهد كرد كه باعث ايجاد منظره اي بي همتا در اين گوشه از جهان پهناور خواهد شد.

سحابي بزرگ در صورت فلكي آندرومدا يكي از حيرت آورترين اجرامي است كه حتي با چشم غيرمسلح در آسمان نيمكره ي شمالي زمين ديده مي شود.

پدر شرايط مناسب، اين كهكشان به صورت لكه اي مه آلود با اندازه تقريبي نصف ماه بدر در 20 درجه اي كهكشان راه شيري جاي گرفته است.

----
كهكشان مارپيچي بزرگ M31 عظمت خود را در عكس هاي نجومي نشان مي دهد. اما در آينده دور با چشم غير مسلح مي توان تا حدودي جزئياتي كه در اين عكس نمايان است را ديد. راه شيري و آندرومدا با هم برگروه محلي تسلط دارند؛ گروهي با بيش از 45كهكشان شناخته شده.
رويارويي نزديك: در بالا 4 مدار ممكن براي آندرومدا و راه شيري كشيده شده است كه هر كدام نظريات متفاوتي در مورد سرعت شعاعي و مماسي آندرومدا، جرم دو كهكشان و مركز جرم دو كهكشان مي دهد. اما هيچ شكي نيست كه اين دو جرم در حال نزديك شدن به هم هستند و به طور حتم يك رويارويي نزديك را در 3ميليارد سال آينده خواهند داشت. حتي اگر آنها همديگر را از مسير خارج كنند در عبور بعدي به هم برخورد خواهند كرد.
-----
طبق اطلاعات به دست آمده از عهد باستان، اين كهكشان براي اولين بار در قرن دهم پس از ميلاد توسط منجم ايراني، عبدالرحمان صوفي رازي، ديده شد كه او اين جرم را در كتاب صور الكواكب خود، ابر كوچك ناميد كه در جلوي دهانه صورت فلكي حوت قرار داشت.

اكنون ما مي دانيم كه اين بيضي مه آلود، در حقيقت يك كهكشان مارپيچي بزرگ است.

كهكشان آندرومدا يا Messier31 زادگاه ميلياردها ستاره با حدود 5/2 ميليون سال نوري فاصله از كهكشان ما، در حقيقت دورترين جرمي است كه مي توانيد با چشم غيرمسلح ببينيد.

اما نوري كه ما اكنون از اين كهكشان مي بينيم سفرخود را در دوران انسانهاي نخستين به سمت ما آغاز كرده است.

اين ابر كوچك نوراني در حالي كه ما را به گذشته متصل مي كند، همزمان ما را به آينده خود نيز علاقه مند مي كند.


دنباله هاي كشندي در كهكشان هاي الحاقي NGC4038 و NGC 4039 تا صدها و هزار ها سال كشيده شده اند. اختر شناسان اين مجموعه را با نام شاخك مي شناسند به خاطر شباهت زياد دنباله هاي كشندي به شاخك هاي حشرات. هر دو كهكشان بسيار شبيه به راه شيري و آندرومدا هستند.

حقيقتا، سرنوشت راه شيري و شايد خود زمين با اين كهكشان گره خورده است. شواهد نجومي اخير ثابت كرده كه اين دو كهكشان مارپيچي بزرگ در آينده به هم برخورد خواهند كرد كه باعث به هم پيوستن اين دو كهكشان در زماني حتي قبل از تبديل شدن خورشيد به يك غول سرخ مي شود.

روند تصادم

كشف متغيرهاي قيفاووسي در M31 ادوين هابل را توانا ساخت تا بتواند فاصله زياد اين كهكشان مارپيچي كه خواهر راه شيري نيز ناميده مي شود را با ما، تخمين زده و با استفاده از آن چندي بعد نظريه جهان در حال انبساط را اعلام كند.

اما آندرومدا همراه تعدادي كهكشان هاي كوچكتر در گروه محلي خودمان از اين قانون هابل پيروي نمي كنند. گر چه كهكشان هاي دورتر با سرعتهايي كه بستگي به فاصله شان دارند از ما دور مي شوند، آندرومدا و تعدادي از همسايگان ما به سمت ما در حال حركتند.


برخورد ميان دو كهكشان امروزه به دليل انبساط جهان كه كهكشان ها را از هم دور مي كند، بسيار نادر است. همان طور كه اين عكس از NGC 4676 از تلسكوپ فضايي هابل نشان مي دهد، بر هم كنش هاي متقابل گرانشي دو كهكشان مي تواند بر نيروي انبساط جهان فائق شود و دو كهكشان را در يك برخورد سهمگين به يكديگر پيوند دهد. اين برخورد كه در 300 ميليون سال نوري زمين و در صورت فلكي غراب اتفاق افتاده نشان دهنده دنباله هاي كشندي مشخصي است.


هنگامي كه راه شيري به آندرومدا ملحق شود، مركز كهكشان جديد بسيار شبيه به مركز Arp 220 درصورت فلكي مار مي شود كه در اين عكس از هابل نشان داده شده است. بيش از200 خوشه ستاره اي جوان كه از الحاق دو كهكشان به وجود آمده اند مانند لكه هاي سفيد- آبي در اين كهكشان الحاقي در 250 ميليون سال نوري از ما ديده مي شود.


نتيجه برخورد راه شيري با آندرومدا يك كهكشان بيضوي است كه بسيار شبيه به كهكشان NGC 5128 خواهد بود. اين عكس كه با تلسكوپ چهارمتري Blanco در چين گرفته شده است توسط كامپيوتر پردازش شده تا جزئيات نمايان شود، مخصوصاً مسير سياه و قوس هاي كشندي آبي باقي مانده از اين كهكشان كوچك.

بعد از اصلاحات در مورد حركت انتقالي خورشيد به دور مركز كهكشان، كهكشان آندرومدا با سرعتي تقريباً برابر 120 كيلومتر بر ثانيه به سمت راه شيري در حركت است.

Franz Kahn و Lodewijk Woltjer در سال 1959 اين اوضاع غير منتظره را درك كردند و با پيشنهادي شجاعانه اعلام كردند كه شايد آندرومدا و راه شيري از لحاظ گرانشي به هم مرتبط هستند، كه باعث ايجاد يك سيستم دوتايي كهكشاني شده است.

آنها اعلام كردند كه اين دو كهكشان بعد از انفجار بزرگ خيلي نزديك به هم شكل گرفته اند و بر اثر انبساط كيهاني از هم جدا شده اند. اين دو جرم پرستاره در حقيقت به خاطر وابستگي متقابل گرانشي كه دارند شروع به حركت به سمت يكديگر كرده اند.

اين ايده ها و محاسبات را با نام استدلال زمان بندي مي شناسند و اطلاعاتي از قبيل مجموع جرم حدود 7/4 تريليون جرم خورشيدي را بدست مي دهد. آنها مدعي بودند كه بايد منبع جرم ديگري اطراف كهكشان ها باشد، در حالي كه ستارگان، گازها و گرد و غبارها فقط 10درصد از اين مقدار را شامل مي شوند.

اين اولين اثبات براي وجود ماده سياه در گروه محلي ماست. تخمين هاي Kahn و Woltjer كه بر اساس استدلال زمان بندي بود، بسيار نزديك به مقادير امروزي هستند كه نشان دهنده حدود 3تريليون جرم خورشيدي است كه از تجزيه و تحليل حركت كهكشان هاي در حال چرخش پيرامون راه شيري و M31 به دست آمده است.

ستاره شناسان امروزي مي توانند استدلال زمان بندي را يك گام به جلو بياورند. آندرومدا در حال نزديك شدن است، اما چه موقع برخورد خواهد كرد؟ راه حل مداري (كه مداري با گريز از مركز زياد را متصور است) برخوردي در 3 ميليارد سال آينده از هم اكنون را پيش بيني مي كند.

شايد به نظر بسيار دور باشد اما بايد گفت كه اين پديده قبل از يك پديده قريب الوقوع ديگر اتفاق مي افتد، مرگ خورشيد ما. خورشيد يك كوتوله با رده طيفي G2 است كه عمري معمولي تقريبا برابر با 10 ميليارد سال دارد.

بايد گفت كه خورشيد هم اكنون 5 ميليارد ساله است و اگر اين كهكشانها مداري با گريز از مركز زياد مانند مدار يك دنباله دار داشته باشند، ستاره شناسان مي توانند با استفاده از فاصله و سرعت M31 طي 7/13ميليارد سال عمر جهان مدار حركت و از همه مهم تر جرم كل را حساب كنند.

ستاره شناسان نمي توانند زمان اين برخورد بزرگ را با دقت محاسبه كنند، اما سرانجام اين اتفاق خواهد افتاد. فرضيه مدار غيرعادي و برخورد، همگي بستگي به حركت غيرقابل پيش بيني يا سرعت مماسي كهكشان آندرومدا دارد.

اگرM31 حركت مماسي قابل پيش بيني داشته باشد، دو كهكشان ممكن است با فاصله چند صد هزار سال نوري از كنار هم بگذرند. اما از دست دادن انرژي مداري هنگام رويارويي نزديك باعث اين برخورد در چند ميليارد سال آينده خواهد شد.

از ابتداي استدلال زمان بندي، ستاره شناسان توانسته اند حركت كهكشان هاي گروه محلي را مدل سازي كنند.

هنگامي كه گرانش ديگر اعضاي گروه محلي و نيز اثرات كشندي گروه هاي ديگر نزديك خود را در نظر بگيرند، سرعت مماسي آندرومدا را چيزي بين 0 تا 150 كيلومتر بر ثانيه تخمين مي زنند كه برابر حركتي از 0 تا 42ميكرو ثانيه قوسي در آسمان در هر سال مي شود.

ماموريت طيف سنجي ناسا يا ماموريت Gala در سازمان فضايي اروپا ممكن است بتوانند اين حركت را در هر ده سال نمايان كنند. اما هم اكنون اين موضوع ناشناخته است. عجالتاً برخورد روبرو بين راه شيري و آندرومدا واقعه اي مشخص است كه قبل از فنا شدن زمين انجام خواهد گرفت.

برخورد کهکشان ها

برخورد راه شيري و آندرومدا يك شگفتي بزرگ است كه ستاره شناسان را متوجه الحاق كهكشان ها در دور و نزديك كرده است. در حال حاضر اين پديده يك واقعه معمولي نيست.

تقريباً يكي در صدها كهكشان بزرگ در جهان هاي نزديك است كه در يك برخورد بزرگ شركت مي كند. اما اگر به عقب تر نگاهي بيندازيم، تعداد برخورد ها به طور چشمگيري افزايش مي يابد.

در عكس لكه هايي از گاز و ماده سياه منقبض شده توسط افت و خيز چگالي نخستين، در ابتدا با هم تلفيق شده و ساختارهاي بزرگتري مي سازند كه سرانجام تبديل به كهكشان مي شوند، فرايند برخورد و ملحق شدن هستند كه مكانيسم تولد و يا تكامل آنها را تشكيل مي دهند.


مولف و همكارانش توانسته اند شبيه سازي را از برخورد آندرومدا و راه شيري طراحي كنند. اين فريم ها تعامل دو كهكشان را در 44 ميليون سال نشان مي دهد. كهكشان ها به يك ديگر مي رسند و تشكيل دنباله و پل هاي كشندي را مي دهند. آنها سپس از يكديگر جدا مي شوند تا خود را براي برخورد دوم و الحاق آماده كنند. نتيجه به صورت يك كهكشان بيضوي احاطه شده توسط لايه ها و امواج است. هر فريم ناحيه اي به اندازه عرض 1 ميليون سال نوري و ارتفاع 590 هزار سال نوري را نشان مي دهد.

ادغام راه شيري و آندرومدا فقط گام ديگري است در فرايند مداوم شكل گرفتن ساختار هاي جديد. در حقيقت، در حالي كه ما برخورد كهكشانها را مخرب مي شماريم، بهتر است اين پديده به صورت يك دگرگوني نشان داده شود.

شبيه سازي هاي كامپيوتري نشان مي دهند كه الحاق دو كهكشان مارپيچي به ناچار منجر به تبديل شدن به يك كهكشان بيضوي است. گرچه هنوز بحث هاي زيادي در مورد اين كه همه كهكشان هاي بيضوي از اين راه شكل مي گيرند وجود دارد، اما بعضي از آنها از اين قانون پيروي مي كنند.

اخترشناسان شيفته بحث در مورد برخورد كهكشا نها و اثرات آنها در تكامل كهكشانها و كيهان شده اند. در اوايل سال1970، مطالعات گوناگون نشان داد كه رشته هاي ستارگان نزديك به جفت هاي كهكشان ها ناشي از برهمكنش هاي كشندي گرانشي آنها است.

دو برادر به نام هاي Alar Toomre از MIT و Juri Toomre از دانشگاه کلرادو که تحقيقات اوليه اي در اين باره انجام دادند و كمك شاياني به پيشرفت اين تحقيقات كردند، اين ساختارها را دنباله های كشندي و پل ناميدند.

كار آنها نشان مي دهد كه اين رشته ها چگونه شكل مي گيرند. در يك كهكشان مارپيچي منفرد، نيروي گرانشي مركزي سعي در اين دارد كه ستارگان را در مدارهايي به شكل دايره اطراف خود نگه دارد تا بتواند شكل صفحه اي خود را حفظ كند.

اما موقعي كه دو كهكشان نزديك هم مي آيند، نيروي كشندي آنها بسيار زياد مي شود كه مي تواند نيروي مركزي را خنثي كند.

در نتيجه ستارگان در دو سر مخالف كهكشان ها مانند سنگ هايي كه از ميلياردها قلاب سنگ رها مي شوند به سمت بيرون پرتاب مي شوند، جزئيات برخورد به جهت دو كهكشان هنگام برخورد بستگي دارد. اما عموماً حاصل برخورد يك الگوي كهكشاني مارپيچي با دو بازوي باز است.

در مدل ها، كهكشان هايي كه فقط شامل ستارگان هستند، بسيار زود به هم ملحق مي شوند (با يك گردش) و به شكل يك كهكشان بيضوي درمي آيند.

شايد غير قابل تصور باشد، اما ستارگان منفرد در اين الحاق به هم برخورد نمي كنند چون كه اندازه ستارگان نسبت به فاصله آنها از هم بسيار كوچك است. دو كهكشان كه از كنار هم مي گذرند مانند دو روح هستند كه در شب از كنار هم عبور مي كنند.

بر هم كنش نيروي گرانشي حاصل از دو كهكشان به طوري گسترش مي يابد كه دو كهكشان نهايتاً به هم مي پيوندند.

اما حدود 10درصد از جرم يك كهكشان مارپيچي واقعي به حالت گاز است كه اين كسر در اوايل تشكيل كهكشان بيشتر است. هنگامي كه مدل ساز ها گاز را به شبيه سازي هاي خود اضافه كردند، فهميدند كه بلافاصله اين گازها به سمت هسته كهكشان الحاقي كشيده مي شوند و باعث به وجود آمدن ستارگان يكي پس از ديگري مي شوند.

اسناد، بسيار شبيه به انفجار ستارگان در كهكشان هاي ملحق شونده Arp 220 در صورت فلكي مار است.

كهكشان هاي بزرگتر همچنين داراي يك سياهچاله بسيار چگال در مركزشان هستند. طي الحاق دو كهكشان، دو سياهچاله به سمت مركز كهكشان بيضوي تازه شكل گرفته كشيده مي شوند و باعث به وجود آمدن يك دوتايي بسيار نزديك مي شوند كه باعث از دست دادن انرژي مداري و فرستاده شدن ستارگان به مدارهاي بلندتر مي شود.

گازهاي كشيده شده به داخل سياهچاله عظيم الجثه، تشكيل صفحه اي يكپارچه را مي دهد كه به طور باور نكردني شروع به درخشيدن مي كند كه مانند يك كوازار درخشان يا يك هسته فعال معمولي به نظر مي رسد.

تمام اين پديده هاي جذاب هنگام برخورد آندرومدا با راه شيري اتفاق مي افتد و خورشيد بايد از همه آنها جان سالم به در ببرد. براي گشتن به دنبال جزئيات بيشتر در مورد اين نمايشنامه، ما مجبوريم كه يك مدل بسازيم.

در يك دهه گذشته Chris Mihos ، Lars Hernquist و من مدل ساده اي از اجزاي سيستم راه شيري- آندرومدا كه نمايانگر جرم آن ستارگان و ماده سياه بودند ساختيم. هدف ما تحقيق در مورد خواص دنباله كشندي بود.

اين مدل شامل فاصله، سرعت شعاعي و جهت دو كهكشان و همچنين سرعت مماسي 20 كيلومتر در ثانيه در جهت گردش كهكشاني بود. اين شرايط كه اجازه رويارويي نزديكي كه باعث ايجاد دنباله كشندي بود را مي داد.

در طي سالها، من هر گاه كه ابركامپيوتر هاي جديد در دسترس بودند روي اين مدل كار كرده ام. ظاهراً به عنوان آزماينده مسئله كه مي توانستم به ماشين ها و برنامه هاي جديد دسترسي داشته باشم. اما بيشتر براي سرگرمي خودم بود.

شبيه سازي ها از حدود 30 هزار جزء در اواسط 1990 به 300 ميليون جزء رشد كرده اند كه در محاسبات اين مقاله به كار گرفته شده است. همچنين من نمايشي را از روي مدلمان طراحي كردم كه از منظر زمين است.

چگونگی برخورد

در حالي كه خورشيد به گردش خود دور هسته كهكشان ادامه مي دهد، و همچنان كه كهكشان ما به M31 نزديك مي شود، آسمان شب ما دائما به اجزاي كوچك تر قسمت مي شود.

در حالي كه گردش خورشيد تقريبا شبيه دايره است، شكل معروف راه شيري به طور قابل توجهي تغيير نمي كند. اما ابر كوچك صوفي تبديل به ابر بزرگ خواهد شد، و هر تماشاگر آسمان از نماي بسته كهكشان ديگري كه آسمان را در بر گرفته، لذت خواهد برد.

شكل و بافت آندرومدا مانند راه شيري خواهد بود، اما برآمدگي آن و بازوهاي مارپيچي آن به وضوح ديده خواهد شد.

هنگامي كه در 3 ميليارد سال بعد دو كهكشان هم پوشاني مي كنند، آندرومدا از نگاه ما از لبه و به صورت كج ديده مي شود و تشكيل يك اشتراك از دو كهكشان مانند راه شيري را در آسمان ما مي دهد.

سپس آندرومدا دور خواهد شد؛ اما نيروي كشندي قوي باعث ايجاد يك الگوي دو بازويي مارپيچي با دنباله ها كشندي طولاني مي شود. مانند آن چيزي كه ما در NGC 4038 و NGC4039 در صورت فلكي غراب مي بينيم.

كشيدن هاله سياه راه شيري، انرژي مداري آندرومدا را كم مي كند و دور شدن آندرومدا را به چند صد هزار سال نوري محدود مي كند.M31 دوباره به سمت ما حركت خواهد كرد و اين دفعه در عرض چند صد ميليون سال به ما مي رسد.

اين بار برخورد روبه رو خواهد بود و دو كهكشان رويارويي هاي بسيار نزديك و سريعي با هم خواهند داشت كه 100ميليون سال به طول مي انجامد كه سرانجام به يك الحاق و تبديل به يك كهكشان بيضوي مي انجامد كه توسط يك پوشش خوب و مواج و دو دنباله كشندي بلند احاطه شده است.

دقيقاً بعد از اولين رويارويي، نيروي گرانشي مركب باعث آشفته شدن مدار خورشيد مي شود كه سبب فرو رفتن خورشيد به سمت قلب كهكشان مي شود.

آسمان شب ما دائماً در حال نوسان بين نگاه دور دو كهكشان مارپيچي تعامل كننده و آسماني متراكم و پر از ستارگان روشن خواهد بود در حالي كه ما در حال صعود به برآمدگي راه شيري هستيم.

شبيه سازي هاي ما شامل گازها نمي شود، اما نسخه مشابهي كه شامل تركيبي از گاز و ستارگان است هم اكنون در مركز آسمان نماي برخوردهاي كيهاني زمين و فضا در نيويورك درحال نمايش است.

برخورد دوديسك گازي به ناچار منجربه انفجار ستاره اي مي شود كه شمار ابرنواخترها را از حدود 2 عدد در هر قرن به يكي در هر سال مي رساند.

در حالي كه خورشيد از مركز كهكشان الحاقي مي گذرد ناظران مي توانند شاهد انفجار ساليانه ستارگان باشند كه مي تواند بسيار بيشتر از نورانيت ديگر ستارگان باشد.

احتمال كمي هم وجود دارد كه يك سوپرنوا(ابرنواختر)در نزديكي زمين منفجرشود و باعث به خطر انداختن حيات باقيمانده تا آن موقع بشود.

برخورد كهكشاني باعث ايجاد يك سياهچاله دو تايي بسيار نزديك مي شود كه در نهايت اعضاي آن با هم تركيب مي شوند. اما بر اساس محاسبات انجام شده سفر دروني آنها ممكن است ميليونها سال طول بكشد تا به اين سرنوشت دچار شوند.

با مدار جديد خورشيد، ستاره ما ممكن است از فاصله دوري از دوتايي بگذرد و تصويري را از افق حادثه سياه چاله و شايد رشد ديسك تازه متولد شده به ما بدهد.

حقيقتاً منظره جالبي براي تماشا خواهد بود اما ممكن است كه بسيار نزديك و تهديدآميز باشد. گرانش دو هيولاي دوقلو ممكن است خورشيد را از كهكشان خارج كند و به جايي ببرد كه بتواند تنها و آرام در فضاي بين كهكشاني بميرد.

افق اتفاق در يك سياهچاله بسيار چگال ممكن است به اندازه منظومه شمسي خودمان باشد، اما شانس كمي وجود دارد كه خورشيد در امتداد مرز يكي از اين كرانه ها قرار بگيرد.

در اين صورت تمام نشانه ها تمدن بشري به فراموشي سپرده خواهد شد و تنها يك اثر از ما باقي مي ماند: امواجي ناگهاني از تشعشعات گرانشي كه در كيهان با سرعت نور پخش مي شود.

حتي فكر كردن در مورد مرگ زمين بسيار غم انگيز است، اما ستاره شناس بريتانيايي Thomas Wright در قرن 18 طور ديگري فكر مي كرد.

در زماني كه علم آزادانه با دين تركيب شده بود، او مشتاقانه در مورد اين جهان پهناور و جايگاه ما در آن فكر مي كرد: در اين آفريده بزرگ آسماني، انحلال يك جهان، مانند جهان ما، و يا انحلال تمام سيستم جهان، ممكن است براي خالق بزرگ طبيعت بيشتر از اتفاقات عادي در زندگي با ما نباشد، و در هر حالت، اين روزهاي نحس ممكن است مانند هر تولد يا مرگ هريك از ما بر روي زمين مكرر باشد.

اين ايده مفهومي بسيار خوشحال كننده در خود دارد. اين كه من هيچگاه نمي توانم بر فراز ستارگان نگاه كنم بدون اينكه در شگفت باشم كه چرا تمام جهان ستاره شناس نمي شوند.
Sky & Telescope - اکتبر 2006