کهکشان ها | نحوه به وجود آمدن، انواع، تعداد و هر آنچه باید بدانید

اگر با تلسکوپ به آسمان شب نگاه کنید تعداد زیادی نقطه‌ی روشن می‌بینید که درواقع بسیاری از این نقاط کهکشان‌ها هستند. کهکشان‌ها انواع و اندازه‌های مختلفی هستند و تقریبا هر کدام حاوی میلیاردها ستاره و سیاهچاله‌ای کلان جرم در مرکز خود هستند.

کهکشان چیست؟

کهکشان‌ها چگونه به وجود آمدند؟

انواع کهکشان

تکامل کهکشان‌ها

برخورد کهکشان‌ها

کهکشان‌های فعال

تعداد کهکشان‌ها در جهان

کهکشان‌ها و ماده تاریک

عجیب‌ترین کهکشان ‌ها

نزدیک‌ترین کهکشان ‌به راه شیری

کهکشان راه شیری

رصد کهکشان‌ها

کهکشان‌ به مجموعه‌هایی از میلیون‌ها و حتی تریلیون‌ها ستاره‌، گاز و غبار و ماده‌ی تاریک گفته می‌شود که بر اثر جاذبه کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. کهکشان‌های کوچک موسوم به کهکشان کوتوله تنها دارای چند صد میلیون ستاره هستند درحالی‌که کهکشان‌های عظیم تا یک صد تریلیون ستاره هم دارند که همه حول مرکز جرمی کهکشان می‌چرخند. کهکشان‌ها در گروه‌هایی به نام خوشه‌های کهکشانی گرد هم می‌آیند که از صدها تا هزاران کهکشان متغیر هستند.

ستاره‌شناسان درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری کهکشان‌ها اطمینان ندارند. پس از بیگ‌بنگ فضا ترکیبی از دو عنصر هیدروژن و هلیوم بود. برخی ستاره‌شناسان معتقدند گرانش باعث جذب‌شدن گازها و غبارها به سمت یکدیگر شد و اولین ستاره‌ها به وجود آمدند؛ سپس این ستاره‌ها مجموعه‌هایی به نام کهکشان‌ها را تشکیل دادند. گروهی دیگر هم تصور می‌کنند جرم کهکشان‌ها قبل از شکل‌گیری ستاره‌های داخل آن‌ها گرد هم آمدند. تقریبا تمام کهکشان‌های بزرگ حاوی سیاهچاله‌هایی کلان‌جرم در مرکز خود هستند.

دانشمندان با بررسی گذشته می‌توانند نحوه‌ی شکل‌گیری کهکشان‌ها در جهان آغازین و رشد آن‌ها را شبیه‌سازی کنند. ستاره‌شناسی به نام ادوین هابل با رصدهای خود به ایده‌ی جهان در حال انبساط رسید. براساس تخمین‌ها و سرعت انبساط، ۱۳/۸ میلیارد سال از عمر جهان می‌گذرد. با اینکه اغلب کهکشان‌ها در آغاز جهان شکل گرفتند داده‌ها نشان می‌دهند برخی کهکشان‌ها در فاصله‌ی چند میلیارد سال گذشته و در فاصله با بیگ‌بنگ شکل گرفتند.

با اینکه تلسکوپ هابل قادر به دیدن اولین کهکشان‌ها نیست؛ اما می‌تواند رشد کهکشان‌ها را در مقیاس‌های زمانی کیهانی ردیابی کند. مجموعه‌ تصاویر هابل و دیگر نقشه‌های آسمان نشان می‌دهند کهکشان‌ها در فواصل بسیار مختلفی از جهان قرار دارند و بنابراین در مراحل مختلفی از رشد خود هستند.

این شبیه‌سازی ابرکامپیوتری شکل‌گیری کهکشان‌های مشابه راه شیری را در حدود ۱۳/۷ میلیارد سال پیش نشان می‌دهد

هابل و پژوهشگرهای دیگر پس از کشف کهکشان‌ها به‌صورت دقیق‌تر به بررسی آن‌ها پرداختند. این کار برای دهه‌ی ۱۹۲۰ بسیار دشوار بود. در آن زمان تنها ثبت یک عکس یا طیف کهکشانی به یک شب کامل رصد بی‌وقفه نیاز داشت. امروزه تلسکوپ‌های بزرگ و آشکارسازهای الکترونیکی این وظیفه‌ی دشوار را ساده‌تر ساخته‌اند گرچه رصد کهکشان‌های دوردست نیاز به تلاش چشمگیری دارد.

اولین گام برای درک نوع یک جرم، تعریف آن است. بزرگ‌ترین و پیچیده‌ترین کهکشان‌ها معمولا دارای یکی از دو شکل اولیه هستند: یا مانند راه شیری مسطح هستند و بازوی مارپیچی دارند یا به شکل بیضی‌شکل ظاهر می‌شوند. از طرفی بسیاری از کهکشان‌های کوچک‌تر شکل نامنظمی دارند. در جدول ذیل به فهرست برخی از معروف‌ترین کهکشان‌ها و انواعشان اشاره شده است:

کهکشان راه شیری و آندرومدا هر دو از نوع کهکشان‌های بزرگ مارپیچی هستند. این کهکشان‌ها دارای یک هاله‌ی مرکزی متورم، یک دیسک و بازوهای مارپیچی هستند. مواد بین‌ستاره‌ای بین دیسک‌های کهکشان‌های مارپیچی پخش شده‌اند. سحابی‌های درخشان و ستاره‌های داغ جوان در بازوهای مارپیچی قرار دارند و نشان می‌دهند تولد ستاره‌ها همچنان ادامه دارد. دیسک‌ها معمولا غبارآلود هستند.

خوشه‌های ستاره‌ای باز را می‌توان در بازوهای مارپیچ‌های نزدیک‌تر و خوشه‌های سراسری را می‌توان در هاله مشاهده کرد. کهکشان‌های مارپیچی ترکیبی از ستاره‌های پیر و جوان هستند تقریبا دو سوم کهکشان‌های مارپیچی نزدیک دارای میله‌های ستاره‌ای به شکال جعبه و بادام‌زمینی هستند که دورتادور مرکز می‌چرخند. کهکشان راه شیری هم دارای یک میله است. بازوهای مارپیچی از انتهای میله شروع به چرخش می‌کنند. در کهکشان‌های مارپیچی بدون میله و دارای میله شاهد طیف متنوعی از شکل‌ها هستیم.

تصویر کهکشان مارپیچی میله‌ای NGC 1300 که توسط تلسکوپ فضایی هابل به ثبت رسیده است

قطر بخش‌های درخشان کهکشان‌های مارپیچی بین ۲۰ هزار تا بیش از ۱۰۰ هزار سال نوری متغیر است. پژوهش‌های جدید نشان می‌دهند احتمالا مواد کهکشانی فراتر از لبه‌های کهکشان جریان می‌یابند. این مواد گازهای سرد و رقیقی هستند که کشف آن‌ها در رصدها کار دشواری است.

براساس داده‌های موجود، جرم بخش‌های قابل دید کهکشان‌های مارپیچی بین ۱ میلیارد تا یک تریلیون جرم خورشیدی متغیر است. درخشندگی کل اغلب کهکشان‌های مارپیچی بین ۱۰۰ میلیون تا ۱۰۰ میلیارد برابر خورشید است. کهکشان راه شیری و کهکشان M31 (آندرومدا) از کهکشان‌های مارپیچی بزرگ و کلان‌جرم به شمار می‌روند. همچنین مقدار قابل توجهی ماده‌ی تاریک داخل و اطراف کهکشان‌ها وجود دارند؛ می‌توان براساس سرعت حرکت ستاره‌ها در بخش‌های خارجی کهکشان به وجود ماده‌ی تاریک پی برد.

کهکشان مارپیچی غیرمیله‌ای گرداب و کهکشان ماهواره‌ای همراه آن

کهکشا‌ن‌های بیضی‌شکل تقریبا به‌طور کامل از ستاره‌های کهن‌سال تشکیل شده‌اند و به شکال کره یا بیضی هستند (کره‌های فشرده) این کهکشان‌ها فاقد بازوی مارپیچی هستند. نور آن‌ها حاصل ستاره‌های مایل به قرمز قدیمی یا ستاره‌های جمعیت ۲ است. در کهکشان‌های بیضی‌شکل بزرگ‌تر، تعداد زیادی خوشه‌‌ی سراسری دیده می‌شود. سحابی‌ها و غبارها در کهکشان‌های بیضی‌شکل چشمگیر نیستند؛ اما مقدار کمی ماده‌ی بین‌ستاره‌ای دارند.

درجه‌ی پهنی کهکشان‌های بیضی‌شکل با یکدیگر متفاوت است. برخی از آن‌ها سیستم‌هایی تقریبا کروی و مانند کهکشان‌های مارپیچی مسطح هستند. قطر کهکشان‌های بیضی‌شکل غول‌آسا به بیش از چند صدهزار سال نوری می‌رسد و به شکال چشمگیری بزرگ‌تر از کهکشان‌های مارپیچی هستند. گرچه ستاره‌ها به صورت مستقل حول مرکز کهکشان بیضی‌شکل می‌چرخند، مدار آن‌ها مانند کهکشان مارپیچی در یک جهت قرار ندارد. در نتیجه کهکشان‌های بیضی‌شکل به صورت منظم نمی‌چرخند و به همین دلیل تخمین ماده‌ی تاریک آن‌ها دشوار است.

ابعاد کهکشان‌های بیضی‌شکل از کهکشان‌هایی غول‌آسا تا کوتوله‌های کهکشانی متغیرند. Leo I یک نمونه کهکشان بیضی‌شکل کوتوله است. درخشش این نوع کوتوله‌ تقریبا برابر با درخشان‌ترین خوشه‌های سراسری است. کهکشان متوسط بین کهکشان غول‌آسا و کوتوله سیستم‌هایی مثل M32 و M110، دو کهکشان همراه آندرومدا هستند. با اینکه این کهکشان‌ها در دسته‌بندی کوتوله‌های بیضی‌شکل قرار می‌گیرند، به شکال چشمگیری بزرگ‌تر از کهکشان‌هایی مثل Leo I هستند.

کهکشان بیضی‌شکل غول‌آسای ESO 325-G004

هابل کهکشان‌هایی را که شکل منظمی ندارند در گروه کهکشان‌ نامنظم دسته‌بندی کرد. کهکشان‌های نامنظم معمولا جرم و درخشش کمتری نسبت به کهکشان‌های مارپیچی دارند و سازمان‌نیافته هستند. این کهکشان‌ها حاوی ستاره‌های جوان جمعیت ۱ و ستاره‌های پیر جمعیت ۲ هستند.

کهکشان NGC 1427A نمونه‌ای از کهکشان نامنظم در فاصله‌ی ۵۲ میلیون سال نوری

دو نمونه‌ از شناخته‌شده‌ترین کهکشان‌های نامنظم ابر ماژلانی کوچک و ابر ماژلانی بزرگ هستند که در فاصله‌ی اندکی بیش تر از ۱۶۰ هزار سال نوری قرار دارند و از نزدیک‌ترین همسایگان فراکهکشانی به شمار می‌روند. اسامی این کهکشان‌ها نمادی از سفر فردینان ماژلان و خدمه‌ی او به دور دنیا هستند. آن‌ها اولین اروپایی‌هایی بودند که توانستند ابر ماژلانی را در آسمان شب ببینند. گرچه این دو منظومه از اروپا و ایالات متحده قابل دیدن نیستند، از نیم‌کره‌ی جنوبی به‌راحتی در آسمان شب دیده می‌شوند. ابرهای ماژلانی فرصت بسیار خوبی را برای بررسی سحابی‌ها، خوشه‌های ستاره‌ای، ستاره‌های متغیر و دیگر اجرام کلیدی کهکشان در اختیار ستاره‌شناسان قرار می‌دهند.

نمایی عریض از ابر ماژلانی بزرگ

ابر کوچک ماژلانی بسیار کم‌جرم‌تر از ابر بزرگ ماژلانی است و طول آن شش برابر عرضش است. این نوار باریک مانند یک پیکان به سمت کهکشانمان قرار دارد. ابر کوچک ماژلانی به‌دلیل واکنش گرانشی با راه شیری به شکال کنونی درآمده است. رشته‌ای عظیم از سنگ‌ریزه‌های حاصل این واکنش هم در آسمان شب کشیده شده‌اند و داخل ابرهای گازی که با سرعت بالایی حرکت می‌کنند دیده می‌شوند. به این مجموعه رشته‌ی ماژلانی گفته می‌شود. براساس تعامل کهکشان‌ها می‌توان شکل نامنظم کهکشان‌های کوچک‌تر را توجیه کرد.

ستاره‌شناسان می‌توانند تفاوت‌های ظاهری کهکشان‌ها را به مراحل تکاملی‌شان ربط دهند. برای مثال آیا ممکن است کهکشانی بیضی‌شکل به نوع مارپیچی تکامل پیدا کرده باشد؟ از آنجا که هیچ طرح ساده‌ای برای تکامل یک نوع مشخص از کهکشان به نوع دیگر پیدا نشده است، ستاره‌شناسان دیدگاه دیگری را ارائه کردند.

برای مدتی ستاره‌شناسان تصور می‌کردند تمام کهکشان‌ها در اوایل تاریخ جهان شکل گرفته‌اند و تفاوت بین آن‌ها ریشه در سرعت شکل‌گیری ستاره‌ها دارد. کهکشان‌های بیضی‌شکل کهکشان‌هایی بودند که تمام ماده‌ی ستاره‌ای‌شان به سرعت به ستاره تبدیل شد. درحالی‌که روند شکل‌گیری ستاره در کهکشان‌های مارپیچی‌ کندتر بوده است.

امروزه می‌دانیم حداقل برخی از کهکشان‌ها در طول میلیاردها سال از آغاز جهان دستخوش تکامل شده‌اند. برخوردها و ادغام‌های کهکشانی می‌توانند کهکشان‌های مارپیچی را به کهکشان‌های بیضی‌شکل تبدیل کنند. حتی کهکشان‌های منزوی مارپیچی که هیچ کهکشان همسایه‌ای در مجاورت خود ندارند به مرور زمان به تکامل می‌رسند و با کند‌شدن سرعت شکل‌گیری ستاره‌ها، بازوهای مارپیچی به‌مرور کاهش می‌یابند. در طول دهه‌های گذشته بررسی تکامل کهکشان‌ها و جهان به یکی از داغ‌ترین موضوع‌های پژوهشی نجوم تبدیل شده‌اند.

کهکشان‌ها با وجود فاصله‌ی زیاد برخلاف ستاره‌ها می‌توانند به یکدیگر نزدیک شوند، بر یکدیگر اثر بگذارند یا حتی برخورد کنند. وقتی کهکشان‌ها با هم برخورد می‌کنند در واقع از درون هم می‌گذرند؛ ستاره‌های آن‌ها به‌دلیل فاصله‌ی زیاد با یکدیگر برخورد نمی‌کنند. بااین‌حال، آثار گرانشی بین کهکشان‌های برخوردی می‌توانند منجر به ایجاد امواج جدید شکل‌گیری ستاره‌ها، سوپرنواها و حتی سیاهچاله‌ها شوند. برخوردها باعث تغییر‌شکل کهکشان‌‌ها می‌شوند و براساس مدل‌های کامپیوتری، حاصل برخورد کهکشان‌های مارپیچی می‌تواند کهکشان بیضوی باشد.

در فاصله‌ی چهار میلیارد سال آینده کهکشان راه شیری با همسایه‌ی مارپیچی خود آندرومدا برخورد خواهد کرد. احتمالا خورشید سرگردان خواهد شد؛ اما خطری زمین و منظومه‌ی شمسی را تهدید نمی‌کند. آندرومدا که با نام M31 هم شناخته می‌شود ۲/۵ میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد ولی با سرعتی باورنکردنی بر اثر گرانش مشترک بین دو کهکشان و ماده‌ی تاریکی که هر دو را احاطه کرده است به سمت راه شیری در حرکت است.

شبیه‌سازی‌های کامپیوتری داده‌های هابل نشان می‌دهند پس از نزدیک‌شدن دو کهکشان، دو میلیارد سال طول خواهد کشید تا هر دو کهکشان به صورت کامل بر اثر گرانش ادغام شوند. راه شیری و اندرومدا پس از ادغام، کهکشانی بیضی‌شکل را تشکیل خواهند داد که یکی از نمونه‌های متداول جهان است. براساس شبیه‌سازی‌ها منظومه‌ی شمسی احتمالا پس از برخورد از مرکز کهکشان دورتر خواهد شد.

این طوفان آتشین آسمانی حاصل برخورد دو کهکشان مارپیچی است که در حدود چند صد میلیون سال پیش آغاز شده است. این برخورد باعث فشرده‌شدن ابرهای عظیم گاز و غبار و آغاز موج جدیدی از تولدهای ستاره‌ای در کهکشان شده است.

برخی کهکشان‌ها در صورتی که حاوی هسته‌ی کهکشانی فعال (AGN) باشند در گروه کهکشان‌های فعال طبقه‌بندی می‌شوند. در این کهکشان‌ها به جای ستاره‌ها، گاز و ماده‌ی بین ستاره‌ای، بخش قابل توجهی از انرژی توسط هسته‌ی کهکشانی منتشر می‌شود. انواع مختلفی برای AGN-ها وجود دارد؛ اما هسته‌هایی که در طیف پائین درخشش قرار می‌گیرند کهکشان‌های سیفرت نامیده می‌شوند درحالی‌که هسته‌هایی با درخشش بیشتر از کهکشان میزبان را اجرام شبه ستاره یا کوازار می‌نامند.

پرتوهای هسته‌ی کهکشانی فعال حاصل انرژی گرانشی ماده در حین سقوط به داخل سیاهچاله از دیسک هستند. درخشش AGN به جرم سیاهچاله کلان‌جرم (SMBH) و سرعت سقوط ماده در آن وابسته است.

UGC 6093 در دسته‌ی کهکشان فعال قرار می‌گیرد و این یعنی میزبان هسته‌ی کهکشانی فعال است

بلازرها و کوازارها

بلارزها و کوازارها دو نمونه از AGN-های متداول هستند. کوازار یا اختروش هسته‌ی کهکشانی فعالی است که جریان‌های ذرات را از مرکز کهکشان به بیرون منتشر می‌کند. تفاوت بین کوازار و بلازر در زاویه‌ی آن‌ها است. نزدیک‌ترین کوازار به زمین کوازار مارکاریان ۲۳۱ در صورت فلکی دب اکبر است. کوازارها به‌قدری دور هستند که گمان می‌رود از مراحل اولیه‌ی کهکشان باشند.

کوازار تنها یکی از انواع هسته‌ی کهکشانی فعال است که شامل بلازرها، کهکشان‌های رادیویی و کهکشان سیفرت هستند. نام کامل کوازار شیء رادیویی شبه ستاره است. کوازارها در واقع سیاهچاله‌های کلان جرم فعال در مرکز کهکشان‌ها هستند و درخشش آن‌ها در کهکشان بیشتر از ستاره‌ها است. این اجرام دارای قرص برافزایشی از گاز و غبار هستند و با سقوط ماده در کوازار، پرتوهای الکترومغناطیسی آزاد می‌کنند. کوازارها پس از مصرف قرص برافزایش غیرفعال می‌شوند. این اجرام معمولا در مرکز کهکشان‌های دوردست قرار دارند.

تمام کوازارهایی که تاکنون دیده شده‌اند میلیاردها سال نوری با زمین فاصله دارند به همین دلیل به گمان بسیاری از دانشمندان، این اجرام هسته‌ی کهکشان‌های جوان هستند. اگر امروز بتوانیم این اجرام را ببینیم احتمالا کاملا آرام هستند و مانند هر کهکشان دیگری جریانی از آن‌ها دیده نمی‌شود.

کوازار مارکاریان ۲۳۱ در صورت فلکی دب اکبر

تفاوت بین کوازار، کهکشان رادیویی و بلازر در زاویه‌ی جریان آن‌ها است. اگر جریان رو به بالا باشد کهکشان رادیویی است اگر زاویه دارای اندکی انحراف باشد جرم یادشده کوازار است و اگر جریان کاملا در جهت ما باشد شیء یادشده بلازر است.

به‌نظر می‌رسد شمردن تمام کهکشان‌ها کاری غیرممکن است. یکی از مشکلات محدودیت‌ ابزاری است. برای رسیدن به بهترین دید تلسکوپ‌ها نیاز به گشودگی دیافراگم بالایی دارند (قطر آینه اصلی یا لنز) و برای اجتناب از انحراف باید خارج از جو زمین قرار بگیرند.

به گفته‌ی ماریو لیویو، اخترفیزیک دان مؤسسه‌ی علمی تسلکوپ فضایی در بالتیمور مریلند، با اینکه هر کدام از کارشناسان تخمین‌های متعددی را ارائه می‌دهند طیف قابل قبول کهکشان‌ها بیشن ۱۰۰ میلیارد و ۲۰۰ میلیارد متغیر است. با پرتاب تلسکوپ جیمزوب انتظار می‌رود اطلاعات بیشتری درباره‌ی کهکشان‌های اولیه‌ی جهان به دست آیند.

صرف‌نظر از ابزار به‌کاررفته، روش تخمین تعداد کهکشان‌ها یکسان است. تلسکوپ از بخشی از آسمان عکس‌برداری می‌کند. سپس می‌توان تعداد کل کهکشان‌ها را براساس قسمت به دست‌آمده تخمین زد.

اندازه‌گیری انبساط کیهان نشان می‌دهد عمر جهان تقریبا ۱۳.۸ میلیارد سال است. با بالا رفتن سن جهان و بزرگ‌تر‌شدن آن کهکشان‌ها از یکدیگر دورتر می‌شوند. در نتیجه دیدن آن‌ها با تلسکوپ دشوارتر می‌شود. اینجا است که فرضیه‌ی جهان قابل دیدن مطرح می‌شود. به گفته‌ی دانشمندان در فاصله‌ی یک تا دو تریلیون سال آینده کهکشان‌ها فراتر از محدوده‌ی دید زمینی خواهند رفت.

کهکشان‌ها همچنین به مرور زمان تغییر می‌کنند. برای مثال همان‌طور که در بخش قبل هم گفتیم کهکشان راه شیری در آینده‌ای دور با کهکشان اندرومدا برخورد می‌کند و هر دو در فاصله‌ی ۴ میلیارد سال ادغام می‌شوند. ساکنین کهکشان‌های دوردست با دنیای تاریکی روبه‌رو خواهند شد.

در اواخر دهه‌ی ۱۹۷۰، ستاره‌شناسی به نام ورا روبین ماده‌ی تاریک را کشف کرد. او در حال مطالعه‌ی چرخش کهکشان‌ها بود که متوجه چرخش عجیب اندرومدا شد. سرعت ماده‌های لبه‌ی کهکشان به‌اندازه‌ی مواد مرکز آن بالا بود و این پدیده قوانین نیوتن و کپلر را نقص می‌کرد. گرچه بخش زیادی از جرم در مرکز متراکم شده بود؛ اما به‌نظر می‌رسید جرمی نامرئی موسوم به ماده‌ی تاریک کهکشان را نگه داشته است. روبین خیلی زود هاله‌ی عظیمی از ماده‌ی تاریک را در کهکشان اندرومدا کشف کرد.

با اینکه تقریبا نیم قرن از این کشف می‌گذرد هنوز هیچ کس نمی‌داند ماهیت ماده‌ی تاریک چیست. بااین‌حال، این ماده‌ی عجیب و نامرئی نزدیک به ۸۴ درصد از جرم جهان را تشکیل می‌دهد و حضور فراگیر آن بر ستاره‌ها و کهکشان‌ها و تراکم مواد در جهان اولیه تأثیر می‌گذارد.

برخی از بهترین شواهد مربوط به ماده‌ی تاریک از خوشه‌ی کهکشانی 1E 0657-556 یا خوشه‌ی گلوله به دست آمدند. این خوشه در پی برخورد دو خوشه‌ی کهکشانی بزرگ‌تر شکل گرفته است که پرانرژی‌ترین رویداد از زمان بیگ‌بنگ است. از آنجا که بخش‌های اصلی زوج خوشه یعنی ستاره‌ها، گاز و ماده‌ی تاریک رفتار متفاوتی در طول برخورد داشتند دانشمندان توانستند آن‌ها را به صورت مجزا بررسی کنند.

ستاره‌های کهکشان‌های خوشه‌ی گلوله که تلسکوپ‌های ماژلان و هابل در نور مرئی به رصد آن‌ها پرداختند تحت تأثیر برخورد قرار نگرفتند و از کنار یکدیگر عبور کردند. گاز داغ ناشی از برخورد دو خوشه در طول موج‌های پرتوی ایکس با رصدخانه‌ی پرتوی ایکس چاندرا رصد شد. این گاز شامل بخش زیادی از ماده‌ی عادی زوج خوشه است. از آنجا که گازها با یکدیگر واکنش الکترومغناطیسی می‌دهند گاز هر دو خوشه سرعت کمتری نسبت به ستاره‌ها دارند. سومین عنصر این برخورد یعنی ماده‌ی تاریک هم به صورت غیرمستقیم با استفاده از لنز گرانشی اشیای پس‌زمینه کشف شد.

ماده‌ی تاریک براساس تعریف هیچ واکنش الکترومغناطیسی به‌ویژه واکنش نوری را برقرار نمی‌کند. این ماده همان‌طور که از اسمش پیدا است تاریک است. در نتیجه توده‌های ماده‌ی تاریک دو خوشه در حین برخورد مانند ستاره‌ها از کنار یکدیگر عبور کردند و گاز داغی را از خود به جا گذاشتتند. اگر گاز داغ پرجرم‌ترین ماده‌‌ی خوشه‌ها بود اثر لنز گرانشی دیده نمی‌شد. در نتیجه این رصدها اولین مدرک برای اثبات ماده تاریک بودند.

تصویر پرتوی ایکس (صورتی) روی تصویر نور مرئی (کهکشان‌ها) همراه با توزیع ماده‌ای که با روش لنز گرانشی محاسبه شده است (آبی)

براساس تخمین‌ها جهان از ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلیارد کهکشان تشکیل شده است. قطعا در چنین مجموعه‌ی بزرگی با عجایب متعددی روبه‌رو خواهیم بود. از کهکشان‌هایی مشابه عروس دریایی گرفته تا کهکشان‌هایی با ستاره‌های مرده. در ادامه به برخی از عجیب‌ترین کهکشان‌ها اشاره می‌کنیم.

کهکشان ESO 137-001 که در صورت فلکی مثلث جنوبی قرار دارد مانند ستاره‌ای دریایی به‌نظر می‌رسد که در میان دریای ستاره‌ها شنا می‌کند. این کهکشان نوعی کهکشان مارپیچی میله‌ای است. علاوه بر میله پیچ‌خوردگی‌ها و دنباله‌هایی در این کهکشان وجود دارند. این دنباله‌ها جریان‌های ستاره‌ای هستند که به‌نظر می‌رسد مانند دم‌های عروس دریایی از کهکشان منحرف شده‌اند.

به نقل از ناسا این ستاره‌ها دمی از گاز و غبار را تشکیل می‌دهند که از ESO 137-001 به بیرون جریان پیدا می‌کنند. فرایند شکل‌گیری این کهکشان به صورت یک راز باقی مانده است زیرا گازهای داخل دم برای شکل‌گیری ستاره باید داغ‌تر از این‌ها باشند.

سرعت چرخش کهکشان کلان جرم دیسک مانند MACS 2129-1 دو برابر کهکشان راه شیری است؛ اما به‌اندازه‌ی آن فعال نیست. رصدهای هابل از این کهکشان دوردست نشان می‌دهند از ۱۰ میلیارد سال پیش تاکنون هیچ ستاره‌ی جدیدی در این کهکشان متولد نشده است.

MACS 2129 با نام کهکشان مرده هم شناخته می‌شود زیرا هیچ ستاره‌ی جدیدی در این کهکشان وجود ندارد. به‌عقیده‌ی دانشمندان چنین کهکشان‌هایی ممکن است به مرور زمان بر اثر ادغام کهکشان‌های کوچک‌تر شکل گرفته باشند؛ اما ستاره‌های MAC 212901 حاصل ادغام‌های انفجاری نیستند بلکه در دیسک اصلی کهکشان شکل گرفتند. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهند کهکشان‌های مرده دچار تغییر ساختار داخلی می‌شوند زیرا به مرور زمان با کهکشان‌های دیگر ترکیب می‌شوند و شکلشان تغییر می‌کند.

برخی کهکشان‌ها همجنس خوار هستند. کهکشان آندرومدا نزدیک‌ترین همسایه به زمین در طول ده میلیارد سال گذشته کهکشان‌های دیگر را بلعیده است. این کهکشان و راه شیری در حدود ۴.۵ میلیارد سال آینده با یکدیگر برخورد می‌کنند گرچه تا آن زمان خورشید به پایان عمر خود می‌رسد و حیات روی زمین غیرممکن خواهد شد.

در فاصله‌ی سیصد میلیون سال نوری، قورباغه‌ای عظیم در فضا شنا می‌کند. کهکشان قورباغه دارای دمی است که طول آن به ۵۰۰ هزار سال نوری می‌رسد و ده برابر طویل‌تر از راه شیری است؛ اما چه عاملی باعث شکل‌گیری این کهکشان عجیب شده است؟ به گزارش پژوهشگرها در سال ۲۰۱۸، برخوردی کیهانی عامل این شکل عجیب است. دو دیسک کهکشانی روی یک کهکشان کوتوله‌ی کوچک‌تر کشیده شده‌اند به گونه‌ای که ستاره‌ها در یک سوی سر کهکشان انباشته شدند و در سمت دیگر دمی طویل قرار دارد.

کهکشان‌ها مرتب با یکدیگر تعامل می‌کنند و شکل همسایه‌هایشان را تغییر می‌دهند، ستاره‌ها را به سرقت می‌روند و شیطنت‌های دیگری را انجام می‌دهند. درخشان‌ترین کهکشان شناخته‌شده در جهان یکی از همین سارقان است. دانشمندان در سال ۲۰۱۸ از رصد کهکشان W2246-0526 خبر دادند که نیمی از جرم سه کهکشان همسایه‌ی خود را به سرقت برده است.

احتمالا بامزه‌ترین کهکشان، توله شیر کوچک باشد که در صورت فلکی دب اکبر قرار دارد. این کهکشان کوتوله از زمان بیگ‌بنگ غیرفعال بوده است یعنی حاوی مولکول‌های تغییر نیافته‌ای از لحظاتی پس از انفجار بیگ‌بنگ در حدود ۱۳/۸ میلیارد سال پیش است. توله شیر کوچک کهکشانی محکوم به فنا است؛ زیرا کهکشانی مارپیچی به نام NGC 3359 مواد آن را می‌بلعد. بااین‌حال، می‌توان با بررسی جریان گازهای ستاره‌ای آن به آثار مولکول‌های جهان آغازین پی برد.

به‌نظر می‌رسد کهکشان ESO 381-12 در حال شکوفایی است. این کهکشان با فاصله‌ی ۷۰ میلیون سال نوری از زمین در صورت فلکی قنطورس قرار دارد. این کهکشان از نوع عدسی‌وار است که ترکیبی از کهکشان مارپیچی مثل راه شیری و کهکشان کشیده‌شده‌ی بیضی‌شکل است. آنچه این کهکشان را عجیب می‌کند شکوفه‌های گلبرگ مانند نابرابر است که از بدنه‌ی اصلی کهکشان به سمت بیرون کشیده شده‌اند. ستاره‌شناسان کاملا از عامل این ساختارها مطمئن نیستند؛ اما ممکن است شکوفه‌ها امواج ضربه‌ای ناشی از برخوردی کیهانی باشند که زمینه را برای شکل‌گیری تساره‌های جدید فراهم می‌کنند.

مسیه ۸۳ (messier 83) کهکشان مارپیچی عظیمی با یک مرکز میله‌ای‌شکل مشابه راه شیری است. این کهکشان در فاصله‌ی ۱۵ میلیون سال نوری از زمین در صورت فلکی مار باریک قرار دارد. مسیه ۸۳ از چند لحاظ عجیب است. در درجه‌ی اول دارای یک هسته‌ی دوگانه در مرکز است. به‌نظر می‌رسد دو سیاهچاله‌ی کلان جرم در مرکز این کهکشان قرار دارند.

در درجه‌ی دوم، مملو از سوپرنوا است. ستاره‌شناسان تاکنون شش عدد از این انفجارهای ستاره‌ای و بقایای بیش از ۳۰۰ عدد از آن‌ها را شناسایی کرده‌اند. به این ترتیب مسیر ۸۳ از نظر تعداد سوپرنوا در جایگاه دوم پس از کهکشان NGC 6946 قرار می‌گیرد که دارای بیشترین تعداد سوپرنوای ثبت شده است.

به‌نظر می‌رسد این تصویر مربوط به یک قاصدک باشد تا پدیده‌ای کیهانی. این تصویر که توسط تلسکوپ فضایی هابل ثبت شده است متعلق به کهکشانی به نام حشره‌ی موذی است؛ زیرا جت‌های نوری‌اش مانع از بررسی ستاره‌های نزدیک به آن می‌شوند.

به‌نظر می‌رسد دیسک کهکشان مارپیچی IC 2163 با یک چشم بزرگ در حال دیدن آسمان است. این کهکشان چشم‌مانند در واقع رشته‌ای عظیم از ستاره‌ها و غبار است. به‌عقیده‌ی ستاره‌شناسان این شاخصه‌های چشمی تنها چند میلیون سال دوام می‌آورند که براساس طول عمر کهکشان‌ها مانند چشم بر هم زدنی است.

پژوهشگرها متوجه شدند گازهای شاخصه‌ی چشمی با سرعت ۱۰۰ کیلومتر بر ثانیه به سمت مرکز IC 2163 حرکت می‌کنند و با نزدیک‌شدن به مرکز کهکشان بی‌نظم‌تر و کندتر می‌شوند. کاهش سرعت باعث جمع‌شدن و فشرده‌شدن گاز می‌شود که خود زمینه را برای شکل‌گیری ستاره‌‌های جدید فراهم می‌کند.

احتمالا اغلب کهکشان‌ها دارای سیاهچاله‌ای کلان جرم در مرکز خود هستند؛ اما برخی از آن‌ها هم دارای دو سیاهچاله هستند. یکی از این کهکشان‌ها NGC 7674، کهکشانی مارپیچی است که دو سیاهچاله‌ی کلان جرم با فاصله‌ی یک سال نوری از یکدیگر در مرکز آن قرار دارد. این کهکشان احتمالا در طول ادغام با کهکشانی دیگر سیاهچاله‌ی آن را جذب کرده است. تنها کهکشان دیگر شناخته شده با دو سیاهچاله در مرکز، کهکشان کلان جرم 0402+379 است.

اگر کهکشان باشید احتمالا یا کهکشا‌ن‌های دیگر را می‌بلعید یا می‌میرید. کهکشان NGC 1277 مورد دوم را انتخاب کرد. این کهکشان که برای اولین بار در سال ۲۰۱۸ رصد شد ۲۴۰ میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد. در طول ده میلیارد سال گذشته هیچ ستاره‌ی جدیدی در این کهکشان تشکیل نشده و به همین دلیل یک کهکشان مرده درنظر گرفته می‌شود.

ستاره‌شناسان معتقدند NGC 1277 به‌دلیل سرعت بالای حرکت برای بلعیدن کهکشان‌های دیگر بسیار شگفت‌انگیز است. این کهکشان با سرعت ۳.۲ میلیون کیلومتر بر ساعت در فضا حرکت می‌کند. NGC 1277 بدون گاز و غبار کهکشانهای دیگر قادر به تشکیل ستاره نخواهد بود. برخی ستاره‌شناسان فکر می‌کنند اغلب کهکشان‌ها ظاهری مانند NGC 1277 داشتند و از طریق ادغام با کهکشان‌های دیگر رشد کرده‌اند.

به‌عقیده‌ی دانشمندان اغلب کهکشان‌ها در حال دور‌شدن از زمین هستند زیرا فضا به صورت پیوسته در حال انبساط است؛ اما مسیه ۹۰ این گونه نیست. این کهکشان مارپیچی که ۶۰ میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد در جهت راه شیری در حال حرکت است.

ستاره‌شناس‌ها می‌توانند حرکت این کهکشان را اندازه‌گیری کنند زیرا نورهای این کهکشان به سمت انتهای آبی طیف نوری منحرف می‌شوند. اشیایی که از زمین دور می‌شوند به رنگ قرمز تمایل دارند یعنی انتشار نوری آن‌ها به سمت قرمز می‌رود. مسیه ۹۰ بخشی از گروه بزرگی از کهکشان‌ها به نام خوشه‌ی دوشیزه (Virgo) است. این کهکشان را می‌توانید در ماه می با تلسکوپ یا دوربین دوچشمی در نیم‌کره‌ی شمالی زمین بین صورت‌های فلکی دوشیزه و شیر تماشا کنید.

کهکشان‌های کوچک مثل ابرهای ماژلانی بزرگ و کوچک از نزدیک‌ترین کهکشانها به راه شیری هستند. با اینکه کهکشان‌های کوچک و کوتوله‌ی متعددی به راه شیری نزدیک هستند، کهکشان آندرومدا نزدیک‌ترین کهکشان مارپیچی بزرگ به راه شیری است. کهکشان آندرومدا درخشان‌ترین شیء آسمان شب است که در فاصله‌ی ۲.۵ میلیون سال نوری از زمین قرار دارد؛ یعنی دورترین شئیی که انسان می‌تواند با چشم غیرمسلح ببیند.

ستاره‌شناس‌ها گاهی اندرومدا را Messier 31 یا M31 می‌نامند. آندرومدا سی و یکمین شیء از فهرست مشهوری است که توسط ستاره‌شناس فرانسوی چارلز مسیه (۱۷۳۱-۱۸۱۷) تحلیل شدند. امروزه ستاره‌شناسان آماتور می‌توانند با تلسکوپ‌ها و دوربین‌های دوچشمی این کهکشان‌ها را ببینند. قطر آندرومدا هم مانند راه شیری به ۱۰۰ هزار سال نوری می‌رسد.

کهکشان راه شیری خانه‌‌ی ماست و به همین دلیل بیشترین اهمیت پژوهشی را دارد. با نگاهی به آسمان شب می‌توانید نواری از نور را ببینید که بسیاری از باستانی‌ها آن را رودخانه‌، شیر یا مسیر می‌نامیدند. این خط جذاب نور در واقع مرکز کهکشان راه شیری است که از بازوهای خارجی آن دیده می‌شود.

درک ساختار راه شیری اندکی چالش‌برانگیز است. منظومه‌ی شمسی درست در لبه‌های خارجی یکی از بازوهای راه شیری قرار دارد. موقعیت خورشید در دیسک کهکشانی احاطه‌شده با غبار یکی از موانع رصد ساختار راه شیری است. راه شیری کهکشانی مارپیچی میله‌ای با قطر ۱۰۰ هزار سال نوری است. اگر از بالا به شکل آن نگاه کنید شاهد برآمدگی مرکزی خواهید بود که با چهار بازوی مارپیچی بزرگ احاطه شده است. کهکشان‌های مارپیچی دو سوم کهکشان‌های جهان را تشکیل می‌دهند.

کهکشان مارپیچی میله‌ای برخلاف کهکشان مارپیچی معمولی شامل ساختاری میله‌مانند در بخش مرکزی است و دو بازوی اصلی دارد. راه شیری هم دارای دو بازوی کوچک و همچنین دو توالی کوچک‌تر است. یکی از توالی‌ها که بازوی اوریون نامیده می‌شود حاوی خورشید و منظومه‌ی شمسی است. بازوی اوریون بین دو بازوی بزرگ پرسوس و ساگیتاریوس قرار دارد.

راه شیری به صورت پیوسته در حال چرخش است. بازوهای آن در فضا حرکت می‌کنند و خورشید و منظومه‌ی شمسی هم همراه با آن حرکت می‌کنند. منظومه‌ی شمسی با سرعت میانگین ۸۲۸ هزار کیلومتر بر ساعت در فضا حرکت می‌کند که حتی با وجود این سرعت بالا ۲۳۰ میلیون سال طول میکشد تا کل راه شیری را طی کند.

قوس راه شیری در پهنه‌ی آسمان شب. این تصویر ترکیبی پاناروما در رصدخانه‌ی پارانال در شمال شیلی به ثبت رسیده است

راه شیری با هاله‌‌ای عظیم از گاز داغ احاطه شده است که تا صدها هزار سال نوری کشیده شده است. این هاله‌ی گازی به‌اندازه‌ی کل ستاره‌های راه شیری سنگین است و مانند خود راه شیری با سرعت بالایی در حال چرخش است. بازوهای مارپیچی در اطراف مرکز کهکشان حاوی مقادیر زیادی گاز و غبار هستند. ستاره‌های جدیدی به صورت پیوسته در این بازوها شکل می‌گیرند. این بازوها را دیسک کهکشانی می‌نامند. ضخامت دیسک کهکشانی تنها ۱۰۰۰ سال نوری است.

نمودار موقعیت خورشید در راه شیری

در مرکز کهکشان برآمدگی کهکشانی قرار دارد. قلب راه شیری مملو از گاز، غبار و ستاره است. گاز و غبار موجود در این برآمدگی به‌قدری ضخیم است که نمی‌توانید آن سوی آن را ببینید. براساس فرضیه‌ها، سیاهچاله‌ای غول آسا در مرکز راه شیری قرار دارد که میلیاردها برابر سنگین‌تر از خورشید است. این سیاهچاله‌ی کلان‌جرم در ابتدا کوچک بود؛ اما با تغذیه از گاز و غبار اطراف به مرور زمان بزرگ‌تر شد. گرچه سیاهچاله‌ها به صورت مستقیم دیده نمی‌شوند می‌توان آن‌ها را براساس آثاری که در اطراف خود به جای می‌گذارند شناسایی کرد. اغلب کهکشان‌های جهان حاوی سیاهچاله‌ای در مرکز خود هستند.

راه شیری شامل بیش از ۲۰۰ میلیارد ستاره است و به‌اندازه‌ی کافی گاز و غبار در آن وجود دارد تا میلیاردها ستاره‌ی دیگر متولد شوند. منظومه‌ی شمسی درست در فاصله‌ی ۳۰ هزار سال نوری از مرکز راه شیری و ۲۰ سال نوری بالای صفحه‌ی کهکشانی قرار دارد. زمین و همسایه‌های آن در صفحه‌ی کهکشانی قرار ندارند و دارای انحراف ۶۳ درجه‌ای نسبت به آن هستند.

بیش از نیمی از ستاره‌های کشف شده در راه شیری کهنسال‌تر از خورشید ۴.۵ میلیارد ساله هستند. کهکشان‌هایی مثل راه شیری معمولا در حدود ده میلیارد سال پیش دستخوش انفجار تولد ستاره‌ای شدند. در آن زمان مجموعه‌ی عظیمی از ستاره‌ها متولد شدند. متداول‌ترین ستاره‌های راه شیری، کوتوله‌های سرخ هستند. ستاره‌های سردی که یک دهم خورشید جرم دارند.

دموکریت، فیلسوف یونانی در ابتدا پیشنهاد داد که نوار درخشان آسمان شب موسوم به راه شیری حاوی ستاره‌های دوردست است. بااین‌حال، ارسطو معتقد بود راه شیری بر اثر آتش گرفتن برخی ستاره‌های عظیم به وجود آمده است. ابن هیثم (۹۶۵-۱۰۳۷ میلادی) اولین تلاش‌ها را برای رصد و اندازه‌گیری اختلاف منظر راه شیری انجام داد و به این نتیجه رسید که از آنجا که راه شیری هیچ اختلاف منظری ندارد باید بسیار از زمین دور باشد و متعلق به جو زمین نیست.

ابوریحان بیرونی، ستاره‌شناس ایرانی (۹۷۳-۱۰۴۸ میلادی) معتقد بود کهکشان راه شیری مجموعه‌ای از بی‌شمار ستاره‌های سحابی مانند است. ابن باجه ستاره‌شناس اندلسی هم معتقد بود راه شیری از ستاره‌های زیادی تشکیل شده است که در نزدیکی یکدیگر قرار دارند و به‌دلیل پدیده‌ی شکست نور مانند تصویری پیوسته به‌نظر می‌رسند.

در اوایل سده‌ی ۱۹۰۰ میلادی، بسیاری از ستاره‌شناسان تصور می‌کردند کل جهان در کهکشان راه شیری قرار دارد. برخی دیگر مثل هارلو شیپلی دانشمند و سرپرست رصدخانه‌ی کالج هاروارد معتقد بودند حباب‌های مارپیچی‌شکل گاز و غباری وجود دارد و آن‌ها را جهان‌های جزیره‌ای نامید.

در سال ۱۹۲۴ بود که ادوین هابل برای اولین بار چند ستاره‌ی تپنده به نام متغیرهای قیفاووسی را کشف کرد و متوجه شد این ستاره‌ها خارج از محدوده‌ی راه شیری قرار دارند. این اجرام نجومی مجموعه‌های منحصربه‌فردی از ستاره‌ها در فواصل دوردست از کهکشان راه شیری بودند.

هابل پس از اندازه‌گیری مسافت‌ها، به اندازه‌گیری اثر داپلر پرداخت که به میزان کشیده‌شدن نور کهکشان‌ها به‌دلیل حرکت گفته می‌شود. او متوجه شد کهکشان‌های اطراف راه شیری با سرعت‌های باورنکردنی در حال دور‌شدن از ما هستند. هرچقدر کهکشان‌ها دورتر باشند، سریع‌تر می‌گریزند. به همین دلیل هابل متوجه شد کل جهان در حال انبساط است و سال‌ها بعد ستاره‌شناسان متوجه افزایش سرعت این انبساط شدند.

تصاویر ثبت‌شده از تلسکوپ فضایی هابل

در سال‌های اخیر، ستاره‌شناسان به ردیابی کهکشان‌ها و تکامل آن‌ها با ماده‌ی تاریک پرداختند. ماده‌ی تاریک و انرژی تاریک همراه با یکدیگر بیشترین بخش جرم و انرژی جهان را تشکیل می‌دهند؛ اما اثبات وجود آن‌ها دشوار است زیرا تنها می‌توان آثاری را که بر اجرام دیگر می‌گذارند شناسایی کرد.

ستاره‌شناس‌ها در سال ۲۰۱۷ دو کهکشان عظیم از جهان کهن را کشف کردند که در دریایی از ماده‌ی تاریک شکل گرفته بودند. اندازه‌ی بزرگ این کهکشان‌ها این پرسش‌ها را به وجود آورد که آیا کهکشان‌ها کهکشان‌ها به مرور زمان بزرگ‌تر می‌شوند یا فرایند دیگری عامل این پدیده است. تنها چند ماه پس از کشف، ستاره‌شناسان گروهی از کهکشان‌ها را پیدا کردند که به صورت هماهنگ در الگویی که تنها توصیف آن با ماده‌ی تاریک ممکن است، به دور هم می‌چرخیدند.

در سال ۲۰۱۸، گروهی از پژوهشگرها پس از کشف کهکشانی به نام NGC 1052-DF2 متوجه شدند ماده‌ی تاریک این کهکشان نسبت به مدل‌های موجود ۴۰۰ برابر کمتر است که می‌تواند مدل‌های تکامل کهکشانی را تغییر دهد. بااین‌حال، نتایج این بررسی هنوز بحثبرانگیز و تحت بررسی هستند. نقشه‌های دوره‌ای کهکشانی به‌کمک فناوری پیشرفته به دانشمندان اجازه دادند کهکشان‌هایی را شناسایی کنند که رصد آن‌ها در گذشته دشوار بود و به داده‌های بیشتری درباره‌ی تکامل، اندازه و شکل کهکشان‌ها برسند.