سرشت علم(۳۵): کشف کهکشان ها

چهارشنبه, ۱۹ام دی, ۱۳۹۷
اندازه قلم متن

دکتر ریموند رخشانی *

مقاله و فایل صوتی سی و پنجم:

کشف کهکشان­ ها [۱]

 

تقاضایی بزرگ از شما دوست  عزیز و  اندیشمند محترم ) خارج از ایران(

اگر سلسله فایل‌ های صوتی و مقالات علمی “سرشت علم”  برای شما سودمند بوده ا‌ند و هستند، خواهشمندم با شنیدن هر فایل صوتی) شاید بعنوان شهریه نام نویسی برای کلاس های دروسی علمی (، با ارسال هر آنچه برای شما مقدور است، به حساب بانکی زیر، مرا یاری دهید.

    PayPal    نام موسسه مالی 

www.paypal.me/rrakhshani    شناسه حساب در موسسه مالی

با پشتیبانی شما، می توانم این کار سنگین علمی – پژوهشی را، هرچه دقیق تر و جامع تر،  با دغدغه کاری و مالی کم تری ادامه دهم.

پیشاپیش از لطف و  حمایت شما برای پیشبرد پروژه “سرشت علم” صمیمانه سپاسگزارم.

با احترام، ر. رخشانی      

ستارگان به نحوی مُنفرد و مجزا در هستی‌ وجود ندارند. هنگامی که حتی با تلسکوپی معمولی‌ به گردونه­ ی کهکشان راهِ شیری می‌‌ نگریم میلیون‌ ها ستارگانِ غیرقابل شمارش را می‌‌ بینیم[۲]. اجسامِ دوردست­ ترِ دیگری که بشکلِ توده­ هایی غبارگو­نه از ذرات، آنسوی کهکشان راهِ شیری مشهود هستند در اوایلِ قرن ۲۰ میلادی موضوعِ مباحثِ بسیاری بودند.

  • برخی‌ ستاره­ شناسان بر این باور بودند که آن توده­ ها گردوغبار‌هایی[۳] نزدیک به یا حتی در درون کهکشانِ راهِ شیری هستند و برخی‌ دیگر معتقد بودند که آن توده­ ها مجموعه ­ای از ستارگان­ اند. همانگونه که بارها اشاره شد اختراعِ ابزار‌های پیچیده ­تر، در این مورد تلسکوپ‌ های قوی، کلیدِ پاسخگویی شد[۴].
  • دو ستاره­ شناس معروفِ آمریکایی یعنی‌ هارلو شپلی (۱۸۸۵-۱۹۷۲) و هیبر کورتیس[۵] (۱۸۷۲-۱۹۴۲) در سال ۱۹۲۰ در آکادمی علومِ آمریکا آن دو باور را به مناظره گذاشتند.

سرانجام دانشمند و پژوهشگر آمریکایی ادوین هابل (۱۸۸۹-۱۹۵۳) با استفاده از ابزارِ نوین که خود در طراحی آن سهم داشت به آن مناظره‌ ها و باور‌ها پایان داد[۶].

  • هابل با مطالعه­ ی مجموعه­ ی ستارگانی که به “دگرگون ­شونده‌ هایِ سفئید[۷]”  که برای اهل نجوم بنام معرب “متغیر‌های قیفاووسی” آشنا هستند[۸] و درخششِ آنها دگرگون می ­شود[۹] و گاهی‌ کمتر و زمانی‌ دیگر بیشتر است پاسخی برای آن مناظره‌ ها پیدا کرد.
  • روشناییِ مطلق این ستاره‌ ها در ارتباطی‌ مستقیم با طولِ چرخه­ ی روشنایی آنهاست.
  • با اندازه­ گیری روشنایی و طولِ چرخه­ ی روشنایی آنها هابل موفق شد تا فاصله­ ی آنها را محاسبه کند و برآورد او نزدیک به ۱۰۰۰۰۰ سال نوری بود[۱۰].
  • فاصله ­ی “دگرگون ­شونده‌ هایِ سفئید[۱۱] ” یا ستاره‌ های “متغیر قیفاووسی” دیگری در کهکشانی بنام اندرومدا[۱۲] یا کهکشان امرات ­المسلسله (یا زن با زنجیر،) که او آنرا منطبق با فهرست اخترشناسان پیش از خود  M31نامید، ۵۰۰۰۰۰ سال نوری ارزیابی شد. هابل سپس از طریق محاسباتِ خود ثابت نمود که آن توده‌ های متفاوت مجموعه ­ای از ستارگان بودند که از طریق نیروی گرانش یا جاذبه­ به صورت کهکشانی دیگر درآمده ­اند[۱۳].
  • امروزه با اندازه­ گیری میزان درخشش هر ستاره ­ای و مقایسه­ ی شدت درخشش آن با استاندارد شمعی می‌‌ توان مستقیماً فاصله­ ی آن ستاره از زمین را اندازه­ گیری کرد.

پس از این کشفِ هابل، دانشمندان با بکارگیریِ روش ‌هایِ علمی‌ و ابزار‌هایِ فنی‌ شناخت، دوره­ ی جدیدی از جستار پیرامون کهکشان‌ های دیگر را آغاز کردند، پژوهشی که کماکان ادامه دارد.[۱۴]

پژوهش‌ ها نشان داده ­اند که گیتی پر از کهکشان است[۱۵] – شاید صد‌ها میلیارد – و هر کهکشانی هم دربرگیرنده­ ی صد‌ها میلیارد ستاره است[۱۶] .

کهکشان‌ ها به چند دسته ­بندی‌ های عمده تقسیم­ بندی شده­ اند[۱۷]. اصلی‌‌ ترین آنها، کهکشان‌ های مارپیچی هستند[۱۸] که نزدیک به سه­ چهارم روشن ‌ترین و پرنور‌ترین کهکشان‌ ها را تشکیل می ‌‌دهند و “راهِ شیری” هم جزو آنها محسوب می‌‌ شود[۱۹].

  • کهکشان‌ هایِ مارپیچ شاخه‌ های زیبایی‌ دارند که بدور محورِ مرکزی آنها پیچیده شده است.
  • وقتی‌ آنها از کنار دیده می‌‌ شوند مانند لوح یا صفحه­ ی فشرده ­ای ­اند که در مرکز خود یک برآمدگی دارند.
  • بسیاری کهکشان‌ های دیگر خوشه یا مجموعه ­ی دایره ­واری[۲۰] از ستارگان­ اند که آن شاخه‌ ها را ندارند و کهکشان‌ های بیضوی خوانده می ‌‌شوند.
  • کهکشان‌ های بیضوی حدودا یک پنجمِ کهکشان‌ های روشن را تشکیل می ‌‌دهند و اغلب در خود میلیون‌ ها ستاره دارند.
  • تعداد نسبتا کوچکی از کهکشان­ ها اشکالی نامنظم و درهم­ برهم دارند که از برخورد دو کهکشانِ دیگر به یکدیگر بوجود آمده ­اند.

یکی‌ از مهم‌ ترین معیار‌ها برای اندازه­ گیری و تعریفِ کهکشان­ ها فاصله است. در نجومِ مدرن تلاش­ های بسیار زیادی برای بکارگیریِ ابزارهای بهینه و مدرن شده است تا فاصله‌ ها را هرچه دقیق­ تر اندازه­ گیری کنند[۲۱].

  • حتی نزدیک ‌ترین کهکشان‌ ها هم بقدری از ما دورند که استفاده از پارالاکس[۲۲]  یا زاویه­ سنج اختلاف منظر برای اندازه ­گیریِ دقیق کافی‌ نیست. بنابراین دانشمندان از طریقِ اندازه­ گیریِ تطبیقی روشناییِ اجسامِ شناخته ­شده و بکارگیریِ “استاندارد شمعی” فاصله‌ ها را ارزیابی می‌‌ کنند. این همان متدی است که از طریقِ آن هابل ستاره‌ های مجموعه­ ی “دگرگون ­شونده‌ های سفئید” یا ستاره‌ های “متغیر قیفاووسی” را مطالعه کرده بود و با ظریف ­تر شدن ابزارها هنوز نیز این متد برای اجسامی که میلیون‌ ها سال نوری از ما فاصله دارند مورد استفاده است.[۲۳]
  • بسیاری از ستارگان منجمله ” غول­ های سرخ[۲۴]” و ستارگانِ روشنی که بر” رشته یا ردیفِ اصلی‌ ستارگان “در نمودارِ  هرتزسشپرونگراسل قرار دارند و روشنایی و نتیجتاً فاصله‌ شان شناخته­ شده­ اند با روشنایی کهکشان‌ ها بر اساس “استاندارد شمعی” موردِ مطالعه و مقایسه­ ی تطبیقی شده، فاصله­ ی دقیق کهکشان‌ ها ارزیابی می ­شود[۲۵].
  • همچنین فاصله و روشنایی ستاره­ ی شناخته­ شده­ ی دیگری، که ابرنواختر[۲۶] یا سوپرنووای نوعِ ۱  خوانده می‌‌ شود، برای مقایسه­ یِ تطبیقی ” معیار یا استانداردِ شمعی” جایگاهِ بخصوصی دارد و کهکشان‌ هایی‌ با فاصله­ ی چندین صدمیلیون سال نوری از طریق آن روش مقایسه و کشف شده­ اند.
  • مطالعاتِ تطبیقی بر اساس فرضیاتِ نوینی که اندازه، مقیاس و روشنایی کهکشان‌ ها را تخمین می زند روش‌ های جدیدی را نیز برای محاسبه ­ی فاصله­ ی کهکشان‌ ها تا مرزهای گیتی (میلیارد‌ها سال نوری) در اختیارِ دانشمندان قرار داده است.

روش ” معیار یا استانداردِ شمعی” بوجودآورنده ­ی روشِ دیگری هم شد.

  • ادوین هابل با استفاده از “دگرگون ­شونده‌ های سفئید” یا ستاره‌ های “متغیر قیفاووسی” فاصله­ ی کهکشان‌ های نزدیک­ تر را اندازه گرفت. او و دیگر ستاره­ شناسان همچنین سرعتِ نسبی‌ را برای این کهکشان‌ ها از طریق “گذار سرخ­ شان[۲۷]”  یا سرخ­ گرایی­ شان اندازه­ گیری کردند[۲۸].
  • نور و صدا که ساده‌ ترین راه ردیابی اجسام هستند بشکل امواج‌ شان بما می ‌‌رسند و هر موجی طول موج خود را دارد. طول موج‌ های بلندتر فرکانس‌ های کمتری دارند؛ و در صدا فرکانس‌ های کمتر عمیق­ تر و بم­ تر هستند؛ و در مورد نور فرکانس‌ های کمتر قرمزرنگ (در حال فاصله­ گیری از ما) و فرکانس‌ های بالا آبی ­رنگ اند (در حال نزدیک شدن به ما هستند. )
  • کیفیت شایان توجهی‌ که به “گذار سرخ” معروف است، در همه­ ی کهکشان‌ ها دیده می‌‌ شود. منظور از “گذار سرخ” این است که همه­ ی خطوط طیفی از مکان‌ های عادی خود به مواضع جدیدی که به انتهای سرخ طیف نزدیک­ تر است، گذار دارند. این جابجایی‌ حاکی از دور شدن کهکشان‌ ها از یکدیگر و از زمین است.
  • “گذار سرخ” اشاره به تغییرِ طول­ موج نوریِ ستارگان هنگامیکه بدلیل سرعتِ نسبی ‌شان از ما فاصله می­ گیرند، دارد. فیزیکدان مشهور وستو اسلایفر[۲۹]  ثابت کرد که همه­ ی کهکشان‌ ها “گذار سرخ “دارند که بدان مفهوم است که همه در حال فاصله­ گیری از ما هستند و در حال گسترش ­اند.[۳۰]
  • آنچه پیش ­تر به آن در موردِ تغییرِ طول­ موجِ صدا در موردِ اجسامِ در حرکت، “تاثیر دوپلری[۳۱]”  نامیدیم، در “گذارِ سرخ” اینجا در موردِ طول ­موجِ نور اتفاق می ‌‌افتد[۳۲].
  • در “گذارِ سرخ” خطوطِ شاخص (در طیفِ نوری) عناصرِ شیمیایی‌ برون ­داده ­شده از هر کهکشان، با این متد درجه ­بندی[۳۳]  می‌‌ شوند.

هابل از این طریق ثابت کرد که کهکشان هرچه دورتر سرعتِ فاصله­ گیری ‌اش از زمین بیشتر است.

  • پژوهش‌ های بعدی “گذار سرخ” این واقعیت را روشن ساخت که میان سرعت دور شدن و فاصله ­ی کهکشان‌ ها نسبتی وجود دارد. هرچه کهکشان از زمین دورتر باشد، با سرعت بیشتری دور می‌‌شود (قانون هابل. )
  • قانون هابل در موردِ اجسامِ فضایی می‌ گوید که سرعتِ اجسام برابر است با فاصله‌ شان ضربدر عددی ثابت (که عدد ثابت هابل نامیده می شود[۳۴]. )

V=H x d

  • بنابر این “گذار سرخ” مقیاسِ اندازه­ گیری دیگری هم در اختیار دانشمندان برای تخمینِ فاصله گذاشته است.

هرچه تلسکوپ‌ ها قوی­ تر، دقیق­ تر و ظریف­ تر شده­ اند تعدادِ کهکشان‌ های شناخته­ شده هم بی ­نهایت بیشتر شده است[۳۵].

  • تلسکوپِ فضایی هابل[۳۶]  که سازمانِ فضایی آمریکا به فضا فرستاد اخیرا به بخشی از فضا که “خالی‌”  پنداشته می‌‌ شد تمرکز داده شد.
  • در این مناطقِ فضایی شاید بیش از ۱۰ تا ۲۰ کهکشانِ جدید کشف شد که هرگز دیده نشده بودند. اطلاعات و داده‌ های “گذار سرخی” آنها فاصله‌ شان را چندین میلیارد سال نوری برآورد کرده است.
  • تخمینِ ستاره­ شناسان بر این است که شاید ده‌ ها تا صد‌ها میلیارد کهکشان در گیتی باشد که هریک از آنها ده‌ ها تا صد‌ها میلیارد ستاره دارند[۳۷].

این روزها تلاشِ بسیار عمده ­ای برای نقشه­ برداریِ سه­ بعدیِ توزیعِ  کهکشان ‌ها[۳۸] در جریان است. چنین به نظر می‌‌ رسد که کهکشان‌ ها نیز خود در ساخت‌ های منظمِ بسیار عظیمی‌ قرار گرفته ­اند[۳۹].

کهکشان راهِ شیری ما، برای نمونه، خود بخشی از مجموعه­ ای، گروهی، یا خوشه ­ای[۴۰]  قریب به ۳۰ کهکشان دیگر است که در حجمی به طول ۳۰ میلیون سال نوری قرار گرفته است[۴۱].

چندین خوشه یا مجموعه و گروه‌ های دیگری از کهکشان‌ ها در نزدیکیِ‌ کهکشان ما هستند. بزرگترین آنها مجموعه­ ی ویرگو یا خوشه­ ی سنبله[۴۲]  است که حجمی به درازای ۱۰ میلیون سال نوری دارد و شامل صد‌ها کهکشان است[۴۳].

این خوشه­ ها یا مجموعه‌ ها خود بخشی از خوشه­ های بزرگتری که “مجموعه­ ی سوپر”  یا ابرخوشه[۴۴] نامیده می‌‌ شوند هستند و با نیروهای گرانشی یا جاذبه­ ی ابرخوشه به­ هم متصل­ اند[۴۵] و بر صفحه­ ای قرار گرفته­ اند که قطری به طول تقریبا صد‌ها میلیون سال نوری دارد. جرم این خوشه یا مجموعه‌ ها یک میلیون میلیارد برابر خورشید محاسبه شده است.

نقشه‌ های سه­ بعدی تعدادِ بی­ شماری از کهکشان­ ها را در ساخت‌ هایی‌ منظم نشان می ‌‌دهند که بر صفحه­ ای لوح­ وار و با انحنایی منظم قرار دارند. در مجاورت با ابرخوشه­ ها فضا‌هایی‌ عظیم و خالی‌ قرار دارند[۴۶].

یکی‌ از بزرگ ‌ترین راز‌های نجوم مدرن منشأ این ساخت ‌های عظیم هستند که برای پاسخ­ گویی به آن شاید لازم باشد تا به آغاز گیتی[۴۷] بازگشت[۴۸].

کشف کهکشان ها

[۱]

Rakhshani, Raymond. Origins of Modernity. Even Development in the Evolution of Science and Technology. South Carolina: CreateSpace, A Division of Amazon Publishing, 2011.

[۲]

Hawking, Stephen. Brief Answers to the Big Questions. Bantam, 2018.

[۳]

Krugel, Endrik. An Introduction into the Physics of Interstellar Dust (Series in Astronomy and Astrophysics.) CRC Press, 2007.

[۴]

برای دریافت نیاز‌های ابزاری و شناخت ابعاد و مقیاس‌ هایی‌ که در این کتاب بدان‌ ها پرداخته شده، نگاه کنید به:

http://htwins.net

[۵]

Harlow Shapley, and Heber D. Curtis

[۶]

Devorkin, David, H. and Smith, Robert, W. and Kirshner, Robert, P. The Hubble Cosmos: 25 years of New Vistas in Space. National Geographic, 2015.

[۷]

Cepheid Variables

[۸]

Wylie, Charles Clayton. Cepheid Variable Aquilae: The Eclipsing Binary Aquilae. Nabu Press, 2012.

[۹]

خانم هنریتا لیویت رابطه­ ی درخشندگی – تناوب ستاره‌ های متغیر قیفاووسی را کشف کرده  بود.

Johnson, G. Miss Leavitt’s stars: The Untold Story of the Woman Who Discovered How to Measure the Universe. New York: Atlas Books, 2006.

[۱۰]

West, Doug. A Short Biography of the Astronomer Edwin Hubble. C&D Publications, 2015.

[۱۱]

Welch, Douglas, L. Classic Cepheid Variable Stars (Cambridge Astrophysics. ) Cambridge University Press, 2003.

[۱۲]

Schultz, David. The Andromeda Galaxy and the Rise of Modern Astronomy (Astronomers’ Universe.) Springer, 2012.

[۱۳]

Dickinson, Terence. Hubble’s Universe: Greatest Discoveries and Latest Images. Firefly Books, 2017.

[۱۴]

Zeilik, M. Astronomy: The Evolving Universe, Sixth Edition. New York: Wiley, 1991.

[۱۵]

Sparke, Linda, S. Galaxies in the Universe: An Introduction. Cambridge University Press, 2007.

[۱۶]

Alves, Joao, F., and McCaughrean, Mark, J. The Origins of Stars and Planets: The VLT View. Springer, 2002.

[۱۷]

Loeb, Abraham, and Furlanetto, Steven, R. The First Galaxies in the Universe (Princeton Series in Astrophysics Books.) Princeton University Press, 2013.

[۱۸]

Hodge, P. The Spiral Galaxy (astrophysics and the Space Science Library.) Springer, 2012.

[۱۹]

Hawking, Stephen. The Universe in a Nutshell. Bantam, 2001.

[۲۰]

circular clusters

[۲۱]

Edwards, Owen, and Levay, Zoltan. Expanding Universe: Photographs from the Hubble Space Telescope. Taschen, 2015.

[۲۲]

parallax

[۲۳]

Kolb, R. Blind Watchers of the Sky. Reading, MA: Addison-Wesley, 1996.

[۲۴]

Aguilera-Gomez, Claudia. Explaining Lithium-Enriched Red Giants Branch Stars. Springer, 2019.

[۲۵]

Cameron, A.G. W. and Kyle, David Miles. Stellar Evolution, Nuclear Astrophysics, and Nucleogenesis. Dover Publication, 2013.

[۲۶]

Type I Supernova

[۲۷]

در واژه  نامه‌ های نجومی فارسی آن را “انتقال سرخ” یا “انتقال به سرخ” ترجمه کرده­ اند که ترجمه­ ی صحیح تری برای (red transfer) است تا برای(red shift) .

[۲۸]

Edwards, Owen, and Levay, Zoltan. Expanding Universe: Photographs from the Hubble Space Telescope. Taschen, 2015.

[۲۹]

Vesto Slipher

[۳۰]

Overbye, D. Lonely Hearts of the Cosmos. New York: Harper Collins, 1991.

[۳۱]

Doppler Effect

[۳۲]

Lindsay, David. Time Is Universal. Amazon Digital Services LLC, 2017.

[۳۳]

calibrated

[۳۴]

Wikipedia Contributors. Focus On: 100 Most Popular Physical Cosmology. Amazon Digital Services LLC, 2017.

[۳۵]

Lewis, Geraint, F., and Barnes, Luke, A., and Schmidt, Brian. A Fortunate Universe: Life in a Finely Tuned Cosmos. Cambridge University Press, 2016.

[۳۶]

Hubble Space Telescope

[۳۷]

Cameron, A.G. W. and Kyle, David Miles. Stellar Evolution, Nuclear Astrophysics, and Nucleogenesis. Dover Publication, 2013.

[۳۸]

three-dimensional mapping of distribution of galaxies

[۳۹]

Hogan, C. The Little Book of the Big Bang. New York: Copernicus, 1998.

[۴۰]

clusters

[۴۱]

Woolfson, Michael Mark. Dialogue Concerning the Two Chief Models of Planet Formation. WSPC, 2017.

[۴۲]

Virgo Cluster

[۴۳]

MacDonald, James. Structure and Evolution of Single Stars: An Introduction. Morgan & Claypool Publishers, 2015.

[۴۴]

super cluster

[۴۵]

Branch, David., and Wheeler, Craig, J. Supernova Explosions. Springer, 2017.

[۴۶]

Gridley, Albert Leverett. Suborganic Evolution, or Thoughts on the Nebular Hypothesis. Forgotten Books, 2018.

[۴۷]

Gould, Roy, R. Universe in Creation: A New Understanding of the Big Bang and the Emergence of Life. Harvard University Press, 2018.

[۴۸]

Morris, R. Cosmic Questions: Galactic Halos, Cold Dark Matter, and the End of Time. New York: Wiley, 1993.

————————

بخش ۱ این نوشته

بخش ۲ این نوشته

بخش ۳ این نوشته

بخش ۴ این نوشته

بخش ۵ این نوشته

بخش ۶ این نوشته

بخش ۷ این نوشته

بخش ۸ این نوشته

بخش ۹ این نوشته

بخش ۱۰ این نوشته

بخش ۱۱ این نوشته

بخش ۱۲ این نوشته

بخش ۱۳ این نوشته

بخش ۱۴ این نوشته

بخش ۱۵ این نوشته

بخش ۱۶ این نوشته

بخش ۱۷ این نوشته

بخش ۱۸ این نوشته

بخش ۱۹ این نوشته 

بخش ۲۰ این نوشته 

بخش ۲۱ این نوشته 

بخش ۲۲ این نوشته

بخش ۲۳ این نوشته

بخش ۲۴ این نوشته

بخش ۲۵ این نوشته

بخش ۲۶ این نوشته

بخش ۲۷ این نوشته

بخش ۲۸ این نوشته

بخش ۲۹ این نوشته

بخش ۳۰ این نوشته

بخش ۳۱ این نوشته

بخش ۳۲ این نوشته

بخش ۳۳ این نوشته

بخش ۳۴ این نوشته

—————–

* دکتر ریموند رخشانی در باره خودش:

من ریموند رخشانی هستم و حوزه کارشناسی من مهندسی‌ سیستم‌ها است، و تخصص من در بکارگیری اندیشه سیستمی‌ برای انتقال فن آوری و اجرا و پیاده سازی تولید فراورده‌های نوین می‌‌باشد. در این سلسله از مقالات و فایل‌های صوتی کوشش می‌‌کنم که علم مدرن را از پایه به دوستان معرفی‌ کنم.


به کانال تلگرام سایت ملیون ایران بپیوندید

هنوز نظری اضافه نشده است. شما اولین نظر را بدهید.