خانه کیهانی ما | جرم راه‌شیری چقدر است؟

یک روش بسیار معمول برای اندازه‌گیری جرم اجرام سماوی بررسی برهم‌کنش‌های گرانشی آن‌ها است. در کهکشان راه‌شیری ما، حرکات ابرهای گاز و ستارگان می‌تواند برای محاسبه جرم کهکشان استفاده شود. این اندازه‌گیری یکی دیگر از کاربرد‌های قانون سوم کپلر است که دوره تناوب مدار یک سیستم و فاصله یک جسم از مرکز جرم سیستم را به جرم آن مربوط می‌کند. آیزاک نیوتون نشان داد، حرکت یک جسم در حال گردش تنها به‌ وسیله اجرامی که درون مدار آن قرار گرفته باشند کنترل می‌شود. این مساله درباره منظومه شمسی واضح است؛ خورشید در درون مدار تمام سیارات قرارگرفته‌ است و حرکات آن‌ها را کنترل می‌کند. دوره تناوب مدار خورشید نیز به وسیله قسمت‌هایی از کهکشان که در درون مدار آن قرار دارند، کنترل می‌شود. یعنی؛ ستارگانی که خارج از مدار خورشید قرار دارند تاثیری بر روی مدار آن ندارند، به بیان دیگر خورشید اثر قسمت‌های خارجی کهکشان را درک نخواهد کرد. اگر شما بتوانید به سمت مرکز زمین حرکت کنید، مقدار ماده بین شما و مرکز زمین کاهش می‌یابد. در نتیجه نیروی جاذبه‌ای که به شما وارد می‌شود کوچک‌تر شده  و شما کم کم  احساس بی‌وزنی خواهید داشت. در نهایت در مرکز زمین شما باید کاملا بی‌وزن خواهید بود!

ستاره‌شناسان با استفاده از مدار خورشید می‌توانند جرم کهکشان را تا فاصله  ۸٫۵ کیلوپارسک از مرکز آن به‌دست آورند. نتیجه چنین محاسبه‌ای، چیزی حدود ۱۰۱۱برابر جرم خورشید است.

با استفاده از اطلاعات به‌دست آمده از بررسی داده‌های رادیویی و اپتیکی، ما می‌توانیم طرحی از سرعت دایره ای میانگین مواد مختلفی که اطراف مرکز کهکشان قرار دارند تهیه کنیم. طرح این سرعت ها تابعی از فاصله است که منحنی چرخش نامیده‌ می‌شود. براساس پیش‌بینی های نیوتن چرخش خالصی در مرکز وجود ندارد. سرعت بالای کیلوپارسک‌های داخلی بر اثر گرانش ستارگان پرچگالی است که در ناحیه محدب کهکشان قرار دارند.  در نواحی نزدیک خورشید، سرعت گردش اجرام به دور مرکز کهکشان در حدود ۲۰۰ کیلومتر بر ثانیه است. مساله عجیبی بعد از مدار خورشید وجود دارد، درحالی‌که منحنی چرخش به سمت تخت شدن پیش می‌رود هیچ کاهشی در سرعت مدار اجرام- تا جایی که ما توانسته ایم اندازه بگیریم- مشاهده نشده است.

milky-way-slims-upاین نتیجه واقعا شگفت انگیز است. ما انتظار داریم وقتی از حجم ماده در دیسک فراتر رفتیم سرعت چرخش کهکشان پایین بیاید. یک کهکشان مارپیچی لبه های تیزی ندارد و گاز و غبار در لبه های آن پراکنده و پراکنده می‌شوند تا جایی که درون فضا محو شوند. انتظار ما این است که منحنی چرخش نسبت به این محو شدن ماده معمولی عکس العمل نشان دهد، اما منحنی چرخش، در فاصله های زیاد، کاهش سرعت مداری را نشان نمی‌دهد.

منجمان عدد ۱۵ کیلوپارسک را به عنوان شعاع دیسک کهکشان تعریف کرده‌اند، چرا که بیش از ۹۰ درصد جرم دیسک در این ناحیه قرار دارد. انتظار داریم پس از این شعاع، سرعت چرخش دیسک کهشان کاهش یابد، همان‌طور که مشابه آن در منظومه شمسی مشاهده می‌شود. در کهکشان راه شیری ما می توانیم تا فاصله ۲۰ کیلوپارسک، تعداد کمی حلقه های گاز و گروه هایی از ستارگان را بیابیم که هیچ کاهشی در سرعت مداری شان رخ نداده است! و حتی در حقیقت سرعت به آرامی افزایش یافته است. مناطق خارجی کهکشان با سرعتی حدود دوبرابر سرعتی که جرم مرئی کهکشان می‌تواند علت آن باشد در  حرکت هستند.

این سرعت ها، تصویری عجیب و غریب از جرم کهکشان ما به دست می‌دهند  و این مفهوم را می‌رسانند که کهکشان ما باید چیزی بیش‌تر از آنچه با چشم، تلسکوپ و یا حتی دیش های ماهواره ای مشاهده می کنیم باشد. در منطقه ای حدود ۸٫۵ پارسک( شعاع مدار خورشید به دور مرکز کهکشان) جرم کهکشان ۱۰۱۱ برابر جرم خورشید به دست آمده است، مجموع این جرم تا فاصله ۱۵ کیلوپارسک ۲*۱۰۱۱ برابر جرم خورشید محاسبه شده است. بعد از این شعاع ابرهای گرد و غبار و همین طور ستارگان به قدری کم نور هستند که اندازه گیری حرکات آن ها بسیار مشکل است. در این منطقه که هاله راه شیری نام دارد، تعدادی از ستارگان قرار دارند که اندازه گیری سرعت و بررسی حرکات آن ها می‌توند جرم راه‌ شیری را در مقیاس بزرگ به ما بدهد. جرم راه‌شیری با این روش ۵* ۱۰۱۱ به دست آمده است.

براساس اندازه گیری ها و بررسی هایی که بر روی ماده مرئی انجام شده است،  این اعتقاد وجود دارد که راه شیری از مجموعه ای از گاز و غبار و ستارگان تشکیل شده است که درون هاله ای کرو ی به نام ماده تاریک قرار گرفته اند. این ماده  اولین بار در سال ۱۹۷۰ کشف شد و تنها اثر گرانشی آن مشاهده شده است.  در حال حاضر، دانش‌مندان ۲۲ درصد جرم جهان را به این ماده اسرار آمیز نسبت می‌دهند، همچنین آن ها سهم ماده مریئ را ۴ درصد در نظر گرفته اند و معتقدند بقیه  جهان را  ترکیب اسرار آمیز پیچیده دیگری به نام انرژی تاریک تشکیل می دهد. البته هم چنان بحث هایی بر سر جزئیات این نظریات وجود دارد.

منبع : teachingastronomy , universetoday

سوگند متقی

سوگند متقی، نجوم آماتوری را به طور جدی از دوره راهنمایی آغاز کرد و هم اکنون دانشجوی مقطع کارشناسی رشته فیزیک در دانشگاه صنعتی خواجه نصیر است. او با مجموعه‌های مختلفی از جمله ماهنامه نجوم، آوا استار و ... تا کنون همکاری داشته و تدریس و ترویج نجوم از فعالیت‌های مورد علاقه اوست.

مطالب مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *