لماذا هو مشوه درب التبانة؟

لقد حان وقت الاعتراف: لقد كنت أكذب عليك.

لقد قلت في مناسبات عديدة أن مجرتنا درب التبانة تحتوي على قرص مسطح (كما هو الحال في هذا العمود أو هذا العمود). لكنها ليست مسطحة حقًا، ولا حتى بالنسبة لتعريف معقول للمصطلح.

الآن، دفاعًا عن نفسي، لم أكن أكذب في حد ذاته؛ كنت تبسيط. وهذا أمر مقبول تمامًا، بل ومفيد أيضًا، في العلوم. عندما يكون لديك شيء معقد تحاول فهمه أو شرحه، فمن المفيد أن تجعله بسيطًا قدر الإمكان حتى يسهل حل الرياضيات والفيزياء. إنه مثل الافتراض، في البداية، أن الأرض كروية مثالية أو أن الشمس تحتوي على كل كتلة النظام الشمسي. بمجرد الانتهاء من المعادلات الأساسية التي تصف نموذجك المبسط، يمكنك إضافة التعقيد تدريجيًا مرة أخرى، ولكن بطريقة تجعل المشكلة قابلة للحل.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

ولكي نكون منصفين، عندما تنظر إلى وهج مجرة ​​درب التبانة من موقع مظلم، فهذا يفعل تبدو مسطحة – مسطحة. ونحن في الكثير من المجرات المشابهة وأقراصها تبدو أيضًا مسطحة.

لكن الكثير منهم، وربما معظمهم، ليسوا كذلك. إنهم متموجون ومتموجون ومنحنون. مجرتنا هي من بين هذه المجموعة المشوهة.

أولاً، لمحة سريعة: تُصنف مجرة ​​درب التبانة على أنها مجرة ​​قرصية، تضم مجموعة دائرية واسعة من النجوم والغاز والغبار يبلغ قطرها حوالي 120 ألف سنة ضوئية. ويبلغ سمكها بضعة آلاف من السنين الضوئية، لذا فإن كلمة “مسطحة” هي على الأقل صفة مناسبة لاستخدامها لها. يوجد في المركز انتفاخ مركزي من النجوم، ويحيط بالأمر برمته هالة واسعة من النجوم والمادة المظلمة يبلغ عرضها حوالي مليون سنة ضوئية.

هذا الجزء الأخير مهم. انتظر دقيقة، وسأشرح لك السبب.

لقد عرفنا منذ بعض الوقت أن قرص مجرة ​​درب التبانة، باتجاه حوافها، ملتوي ومتوهج من جانب واحد وأسفل من الجانب الآخر، مثل حافة قبعة فيدورا. بحث منشور في المجلة علوم ومع ذلك، في عام 2019، تم تحسين هذه الفكرة بشكل كبير. استخدم فريق علماء الفلك الذين قاموا بهذه الورقة بيانات من جايا، وهي مهمة وكالة الفضاء الأوروبية المتقاعدة الآن والتي رسمت مواقع وحركات ومسافات لأكثر من كوكب. مليار النجوم. لقد نظروا على وجه التحديد في بيانات جايا لحوالي 2400 متغير سيفيدي، وهي أنواع خاصة من النجوم التي تنبض وتغير سطوعها. يرتبط الوقت الذي يستغرقه سطوع النجم القيفاوي بالتغير بلمعانه، وكمية الطاقة التي يطلقها. ومن خلال مقارنة اللمعان الجوهري للنجم القيفاوي مع مدى سطوع النجم في سمائنا، يمكن بعد ذلك حساب المسافة التي يقطعها.

من خلال رسم خرائط للعديد من النجوم القيفاوية في مستوى المجرة، تمكن العلماء من تتبع الشكل العام لقرص درب التبانة، وكان الالتواء واضحًا بالفعل. تبدو مجرتنا إلى حد ما مثل الفينيل LP الذي ظل في الشمس لفترة طويلة جدًا (أيها الأطفال، اسألوا أجدادكم).

ما الذي يسبب مثل هذا الاعوجاج؟ من الممكن أن يؤثر الاصطدام بمجرة أصغر على النجوم الموجودة في القرص، تمامًا مثل التموجات في بركة بعد رمي صخرة فيها. لكن فريق من علماء الفلك الذين نشروا أبحاثهم في Nature Astronomy في عام 2023 كان لديهم فكرة مختلفة تمامًا عما كان يجذب حافة مجرتنا: المادة المظلمة.

وكما ذكرت أعلاه، فإن المجرة مدمجة في هالة من النجوم والمادة المظلمة. قبل حوالي عام من بحثهم، وجد بعض أعضاء هذا الفريق، إلى جانب علماء فلك آخرين، أن الهالة النجمية لم تكن كروية، كما كان يُفترض سابقًا، ولكنها بدلاً من ذلك ممدودة ومضغوطة قليلاً، تشبه إلى حد ما كرة القدم الأمريكية المسطحة قليلاً. وكان أيضًا مائلًا بالنسبة لمستوى المجرة.

لقد افترضوا أن هالة المادة المظلمة الأكثر انتشارًا وغير المرئية قد يكون لها نفس شكل الهالة النجمية أيضًا. من خلال نمذجة تأثيرات هالة المادة المظلمة الأكثر ضخامة إذا تم تركيبها وتوجيهها بطريقة مماثلة، وجدوا أن هذا يخلق بشكل طبيعي مجال جاذبية يجذب القرص، وهو ما يفسر ليس فقط شكل وحجم الالتواء ولكن أيضًا اتجاهه في القرص. على الرغم من أن هذه ليست بالضرورة حالة مغلقة، إلا أنها تقدم حجة قوية جدًا.

لكن هذه ليست الطريقة الوحيدة التي يصبح بها قرص مجرتنا غير متوازن. يظهر بحث جديد أنه مموج أيضًا.

وفي هذا العام فقط، استخدم فريق آخر من العلماء بيانات جايا للنظر في 17000 نجم شاب – والتي تميل إلى التشكل في منتصف قرص المجرة – و3400 متغير سيفيدي في منطقة من مجرة ​​درب التبانة تمتد لعشرات الآلاف من السنين الضوئية. ما وجدوه هو أنه، في القرص الرئيسي وفي الأجزاء الخارجية الملتوية، توجد موجة لأعلى ولأسفل، وهي بنية تشبه إلى حد كبير تمويج الورق المقوى السميك.

إنه يشبه “الموجة” التي يقوم بها المشجعون في المباريات الرياضية، حيث يقفون ويجلسون في موجة تتحرك حول الملعب. في حالتنا، تتحرك النجوم في المجرة لأعلى ولأسفل بالنسبة لمستوى القرص. ونظرًا لأن الكثير من النجوم التي تم قياسها تكون فتية، يعتقد العلماء أن الغاز الموجود في المجرة – والذي يشكل النجوم – يتحرك لأعلى ولأسفل أيضًا. لذا مهما كان هذا، فهو جزء جوهري من بنية القرص.

سبب هذه الموجة غير معروف، على الرغم من أن السبب الأكثر ترجيحًا هذه المرة هو الاصطدام بمجرة أصغر. أحد الأطراف المحتملة، بل والمحتملة، هي مجرة ​​القوس الكروية القزمة، وهي عبارة عن جسم صغير له جزء صغير من كتلة درب التبانة. فهو يدور حول مجرتنا في حلقة عمودية تقريبًا، ويغوص عبر القرص أثناء تحركه. في عام 2018 نشر علماء الفلك ورقة بحثية في طبيعة حيث وجدوا – مرة أخرى، باستخدام بيانات غايا – حركات موجية في ستة ملايين نجم على بعد حوالي 10000 سنة ضوئية من الشمس، مماثلة للموجات الموجودة في القرص الخارجي. ويشيرون إلى أن مجرة ​​القوس ربما تكون قد خلقت هذه الهياكل في المرة الأخيرة التي مرت فيها عبر القرص، قبل عدة مئات الملايين من السنين.

كما تعرض الشمس هذه الحركة؛ تظهر القياسات الدقيقة أن له سرعة عمودية أثناء دورانه حول مركز المجرة. وهذا يعني أن نظامنا الشمسي يتحرك لأعلى ولأسفل. وبين الحين والآخر، يتحرك عبر القرص، ويصل إلى مسافة ما منه، ومن ثم تسحبه جاذبية القرص إلى الخلف، وتبدأ الدورة مرة أخرى. قد يكون هذا العنصر من حركة نجمنا جزءًا من تلك الموجة الأكبر.

وكما ترون، لم أكن أكذب من قبل بشأن قرصنا المسطح. لقد كنت ببساطة أتجاهل التفاصيل التي ليست ضرورية في مناقشة البنية العامة للمجرة. ومع ذلك، فمن المؤكد أنه من المفيد النظر إلى هذه التأثيرات الإضافية، فهي تخبرنا عن تاريخ مجرتنا درب التبانة ويمكنها أيضًا أن تكشف كيف تلعب الشمس دورها أيضًا.