چرا کهکشان ما می چرخد؟ - راوه بلاگ

خبرنگاران| شاید پرسش این که چرا کهکشان ها می چرخند؟ به نظر ساده بیاید، اما وقتی به جواب این سوال فکر کنید مشکلاتی پیش روی خود خواهید دید. فرض کنید یک سیستم بسته از گاز را رها کنید تا به خاطر گرانش خودش منقبض شده و به یک کهکشان عظیم با انبوهی از ستارگان و سحابی ها تبدیل گردد. به راحتی می توان نشان داد که اگر همه ذرات گاز در ابتدا ساکن باشند، یا حتی در حال انبساط با دنیا باشند، آنگاه کهکشان نهایی هیچ گونه چرخشی نخواهد داشت.

جرج گاموفف فکرمی کرد که شاید شرایط ابتدایی کیهان ما که بسیار آشوبناک بوده، چرخشی اولیه به ذرات گاز بخشیده که تا کنون دوام آورده است. اما تحقیقات بعدی نشان داد که چنین چیزی ناممکن است، کیهان اولیه محیطی بسیار همگن و بدون آشوب بوده است.

فرد هویل در سال 1949 پیشنهاد دیگری مطرح می نماید. یکی از فرض هایی که در ابتدا مطرح کردیم صحیح نیست: گازی که نهایتا قرار است تبدیل به کهکشان گردد یک سیستم بسته نیست و با گاز های اطراف که قرار است کهکشان های همسایه را تشکیل دهند در حال تعامل گرانشی است. گشتاوری که به وسیله این تعامل گرانشی روی گاز در حال سقوط اثر می نماید، نهایتا باعث ایجاد چرخش در کهکشان نهایی می گردد.

جیمز پیبلز، در سال 1969 اولین محاسبات را بر مبنای همین تصویر هویل انجام داد. پیبلز از پیشروان نظریه تشکیل ساختار های کیهانی است، نظریه ای که تصویری دقیق از نحوه شکل گرفتن کهکشان ها و خوشه های کهکشانی به دست میدهد، ابزار های ریاضی و مفاهیم فیزیکی که به یاری پیبلز پیشرفته بودند چنین محاسباتی را ممکن می ساخت (در واقع 50 سال بعد یعنی در سال 2019، پیبلز به خاطر سهمی که در پیشبرد کیهانشناسی داشت برنده جایزه نوبل فیزیک شد).

کیهان شناسان دیگری همانند درشکویچ و وایت با ادامه دادن این راستا و انجام شبیه سازی و محاسبات بیشتر نهایتا تصویر دقیقی از منشا چرخش اولیه کهکشان ها به دست دادند که بین کیهان شناسان به نظریه گشتاور کشندی معروف شد. قلب این نظریه همان پیشنهاد هویل است؛ ماده ای که قرار است نهایتا به کهکشان تبدیل گردد، اگر تحت اثر میدان گرانشی مواد اطراف خودش قرار بگیرد، به خاطر گشتاور آن ها آغاز به چرخش خواهد نمود.

این نظریه گرچه در شرح منشا اولیه چرخش کهکشان ها نسبتا پیروز است، اما شرحی برای تحول چرخش کهکشان ها (یعنی تغییرات چرخش در طی زمان) ندارد. در تصویر نظریه گشتاور کشندی، چرخش کهکشان ها بعد از تشکیل شدن آن ها تغییر نمی نماید چرا که میزان آن ها بسیار کوچک شده و تعامل گرانشی موثری با ماده اطراف خود ندارند و چرخش آن ها ثابت می ماند.

واقعیت این است که محاسبات نظریه گشتاور کشندی تنها برای زمانی قابل اعتماد است که چگالی ماده هنوز بسیار کوچک باشد. اگر چگالی ماده کهکشان نسبت به چگالی کیهان عظیم باشد محاسبات بسیار پیچیده میگردد. این زمانی است که اثرات غیر خطی غالب شده اند و این دقیقا همان زمانی است که کهکشان تشکیل شده است. معمولا محاسبه اثرات غیر خطی بسیار مشکل و در بسیاری موارد حتی غیر ممکن است. همین امر باعث شده که ارائه تصویر دقیقی از تغییر و تحول چرخش کهکشان ها مشکل گردد.

یکی از مهمترین موارد شناخته شده ای که چرخش کهکشان ها را دچار تغییرات عظیمی می نماید ادغام کهکشان هاست. وقتی دو کهکشان با هم ادغام شوند چرخش کهکشان نهایی، برایند چرخش دو کهکشان به دور خودشان و دور یکدیگر خواهد بود. بر همین مبنا مدل هایی وجود دارد که از روی تاریخچه ادغام کهکشان ها میتواند تحول چرخش آن ها را شرح دهد.

اما اثر دیگری هم هست که تا کنون به طور جدی در نظر گرفته نشده است، همان اثری که باعث شده ما همواره یک روی ماه را ببینیم: اثر قفل گرانشی. قفل گرانشی در منظومه شمسی بسیار متداول است، غیر از ماه که به علت قفل گرانشی همواره فقط یک سمت آن رو به زمین است، قمر های گالیل های مشتری و بیشتر قمر های زحل هم به سیاره خودشان قفل شده اند و همواره یک سمت آن ها رو به سیاره مادرشان است.

علت این پدیده اثرات جزر و مدی سیارات و قمرهایشان روی یکدیگر است، اثرات جذر و مدی زمین روی ماه سرعت گردش ماه به دور خودش را به تدریج تغییر داده است تا نهایتا همواره یک سمت ماه رو به زمین باشد. همین حالا ماه در حال تغییر سرعت زمین است تا در آینده دور، شبانه روز زمین بلندتر از 24 ساعت گردد.

در خصوص کهکشان ها ما شاهد چنین قفل دقیقی نیستیم، در واقع کهکشان هایی که در مدار دایره ای دور یکدیگر بگردند مثل سیارات بسیار نادر اند و با گذشت زمان هم با یکدیگر ادغام خواهند شد. اما وقتی دو کهکشان از کنار یکدیگر عبور می نمایند، با مکاهممی مشابه می توانند سرعت چرخش یکدیگر را تغییر دهند بدون این که با هم ادغام شوند. معمولا سال های بسیاری طول می کشد تا سرعت چرخش سیارات درصد قابل توجهی تغییر کند، اما ابعاد بسیار عظیمتر و بافت بسیار رقیق تر کهکشان ها باعث می گردد حتی یک بار عبور از کنار هم هم موجب تغییر قابل ملاحظه چرخش کهکشان ها گردد.

احسان ابراهیمیان، دانشجوی مقطع دکتری کیهان شناسی و نویسنده این مقاله می گوید: ما با در نظر گرفتن اثر قفل گرانشی و محاسبه تاثیر آن روی کهکشان ها و مقایسه نتیجه محاسبات با شبیه سازی TNG تاییدی برای وجود اثر قفل گرانشی یافته ایم.

نتایج این تحقیقات که در قالب پروژه دکتری تحت نظارت دکتر علی اکبر ابوالحسنی اجرا شده، در ماه جاری در مجله The Astrophysical Journal چاپ و منتشر شده است. وجود این اثر درک بهتری از ارتباط شکل کهکشان ها با محیط پیرامون شان به دست میدهد و این به نوبه خود در تحلیل داده های ریزهمگرایی گرانشی بسیار با اهمیت خواهد بود.

از این به بعد هر وقت ماه در آسمان بود، به یاد داشته باشید برای یافتن بخشی از جواب این سوال که چرا کهکشان ما می چرخد؟ باید به ماه نگاه کنیم.

منبع: Space.com , Nasa.gov