Home / مقالات علمی / کیهان / کیهان‌شناسی / از مهبانگ تا تولد کهکشان‌ها

از مهبانگ تا تولد کهکشان‌ها

ترجمه و گردآوری : آرش آریامنش

 

ابرهای گازی کهکشان ما و دیگر کهکشان‌ها آن‌قدر همزده و بازیافت شده‌اند که خاطره‌ای از اصل خود به جای نگذاشتند. فرآیند پیدایش خود کهکشان‌ها نسبت به فرآیند مشابه برای ستاره‌ها پیچیده تر است. ریشه این فرآیند را باید در مراحل ابتدایی عالم جست و جو کرد. اگر عالم به طور تصادفی کاملن یکنواخت و صاف آغاز شده بود باید در تمام طول مدت انتشار خود یک نواختی را حفظ می‌کرد. پس از گذشت 13.72میلیارد سال باید هم ماده تاریک و هم گازهای هیدروژن و هلیوم انقدر به طور رقیق در عالم پخش شده بودند که به زحمت بتوانیم در هر متر مکعب یک اتم بیابیم .

Big&bang

 

چنین عالمی سرد و تاریک بود نه کهکشانی نه ستاره ای که عناصری هیچی. اما حتی کوچکترین ناهماهنگی در فازهای اولیه می‌توانسته سبب اختلافات بسیار مهمی گردد. زیرا فرایند انتشار باعث تشدید اختلافات چگالی می‌شود. هر بخش از عالم که چگالی‌اش از مقدار متوسط بیشتر بوده تحت تاثیر گرانش قوی‌تر با شتابی کمتر منبسط می‌شده است. بدین ترتیب بخش مورد نظر با گذشت زمان بیشتر و بیشتر نسبت به یک محدوده متوسط عقب می‌افتاده است.

بارزترین ساختارهای کیهان یعنی ستاره کهکشان و خوشه‌های کهکشانی به وسیله گرانش‌گرد هم آمدند. شدت همبستگی ذرات هر کدام از این ها… انرژی لازم برای متلاشی کردن و پراکنده کردن ذرات هر کدام از اینها را می‌توان بر حسب کسری از انرژی سکون آن‌ها بیان کرد. برای بزرگترین ساختارهای عالم یعنی خوشه‌های کهکشانی این کسر مساوی با یک صد هزارم است. این یک عددی بدون بُعد است. یعنی نسبت دو انرژی و ما ان را با Q می‌دهیم.

این عدد آنقدر کوچک است در واقع نشانگر آن است که گرانش در کهکشان‌ها و خوشه‌ها کوچک می‌باشد. پس نظریه گرانش نیوتون برای توصیف حرکت ستاره های یک کهکشان و نیز مدار حرکت هر کهکشان تحت تاثیر بقیه کهکشانها و ماده تاریک درون یک خوشه کفایت می‌کند. همچنین کوچکی این عدد نشانگر این است که عالم را تقریبن یکنواخت می‌انگاریم.

در آغاز عالم همانند گاز فروزان درون ستارگان کنونی چگال و کدر بوده است. اما با گذشت نیم‌میلیون سال از فرآیند انتشار دمای عالم به 3000 درجه کلوین می‌رسد. یعنی کمی خنک‌تر از دمای سطح خورشید خودمان. با ادامه کاهش دما عالم حقیقتن وارد عصر تاریکی شده است. این تاریکی تشکیل نخستین پیش کهکشان‌ها ادامه یافته است‌.

تابش ریزموج کیهانی که به درستی آن را روشنایی به جا مانده از مهبانگ نامیدند. پیغام مستقیمی از دوره ای است که در ان نطفه ی کهکشان‌ها تازه پدید آمده بود. بخش‌هایی که چگالی‌شان کمی بیشتر از چگالی متوسط بود با گذشت زمان کهکشانها و خوشه‌ها را تشکیل دادند و بخش‌های کم چگال‌تر همانهایی شدند که ما امروز بهشان در عالم کنونی خلا گوییم‌.

دمای مربوط به تابش ریزموج کیهانی باید این نوسانات را منعکس کند. انتظار می‌رود این اثر حدود یک در 100000 باشد یعنی به اندازه همان عدد که معرف دامنه چین و چروک‌ها یا بهتره بگوییم موج های بافتهای فضا زمان بود.

بی‌شک یکی از دستاوردهای دهه 90 و سالهای ابتدایی قرن 21 تهیه نقشه از ساختارهای اولیه کیهان بوده است. تابش ریزموج کیهانی نزدیک به صد هزار برابر ضعیف‌تر از تابش زمین است. ماهواره COBE ناسا در 1990 با دقت خوبی نقشه‌ای تهیه و نشان داد دمای برخی نقاط با برخی دیگر متفاوت است.

یکی دیگر از این کاوشگرها به نام WMAP از آژانس فضایی اروپا نیز با دقت بسیار بیشتری این عمل را انجام داد. زمینه ریزموج کیهانی اطلاعات دقیقی درباره عالم ابتدایی به ما می‌دهد. در واقع کشف عدم یکنواختی در دمای مربوط به روشنایی به جا مانده از مهبانگ آن‌هم در حد یک در صد هزار تایید کننده نکات مهمی بود.

ظاهرن وقتی عالم عمری معادل 1 میلیون سال داشت(عمر کنونی اش 13.72 میلیارد سال می‌باشد) روند انتشار عالم به طور یکنواخت ادامه داشته است. پس ساختارهای کیهانی جمع شده و به آن‌چه امروز ما در صحنه گیتی مشاهده میکنیم. امروزه می‌توانیم شرایط اولیه کیهان را در حالت مجازی و کامپیوتری شبیه‌سازی کنیم، البته با متدهای علمی.

سهم عمده چیزهایی که دارای جاذبه گرانشی هستند از آنِ ماده تاریک می‌باشد. منظور از ماده تاریک ذراتی است که از ابتدای عالم به جا مونده و نمیشود. آن‌ها را دید تابشی از خود ندارند و برهمکنشی باهم نیز ندارند. اما در عین حال نیروی گرانشی آن‌ها لمس می‌شود.

اگر گرانش تنها نیروی مربوطه باشد مقیاس های کوچکتر زودتر جمع می‌شوند. ساختارهای کیهانی از پایین به بالا شکل می‌گیرند ابتدا توده های ماده تاریک در مقیاس‌های زیر کهکشانی سپس این ساختارها ادغام شده و اجرام کهکشانی تشکیل میدهند و سرانجام شکل‌گیری خوشه‌های کهکشانی.

نخستین چگالش گازی که شکل می‌گیرد عامل اولین روشنایی و پایان عصر تاریک کیهان میشود. ابرهای گازی در حال تراکم که جرم ذراتش در مجموع 1 میلیون برابر جرم خورشید باشد، میتواند 1 میلیون ستاره مشابه خورشید یا تعداد کمتری از ستارگان بزرگتر از خورشید تولید کند. حتی ممکن است چنین ابرهایی تکه نشود و طی مراحل مختلف متراکم و یک ابر ستاره یا کوازار را تبدیل نماید.

کوازارها قدیمی‌ترین اجرام آسمانی هستند باید زمانی تشکیل شده باشند، که تنها چند صد میلیون سال از عمر عالم یعنی درصد کوچکی از عمر کنونیش می‌گذشته است. اما وقتی عمر عالم به یک میلیارد سال رسید ساختارهایی با ابعاد کهکشانی که در ان شکل گرفتند هر کدام از این کهکشان‌ها مجتمعی از ستارگان بودند که نه تنها به واسطه گرانش بین ستارگان بلکه به واسطه گرانش ماده تاریک که مقدار و انبوهش ده برابر سنگین‌تر از ستارگان و ماده مرئی است شکل خود را حفظ نمودند.

ذرات گازی موجود در فضا به سوی این اجرام کشیده شدند خنک شدند و اگر در ابتدا حرکت چرخشی بوده باشد سرانجام به شکل دیسک صفحه ای با ستارگان متراکم در میامدند . خوشه ها و ابرخوشه های کهکشانی نیز نتیجه تجمع گرانشی هستند . توزیع کهکشانهای شکل گرفته یکنواخت نبود… همنوع خواری و ادغام کهکشان های کوچکتر باعث شد کهکشان‌های بزرگتری که امروز میبینیم شکل بگیرد. فرایند تشکیل نخستین ستاره ها اینگونه است که:

مقداری از گاز کیهانی در مرکز توده ذرات ماده تاریک قرار می‌گیرند نحت تاثیر نیروی گرانش خودشان متراکم می‌شوند و یک ابر ستاره با جرمی بیش از 1 میلیون برابر جرم یک ستاره معمولی تشکیل می‌دهد.

این نوع اجرام فوق سنگین چنان می‌درخشند که سوخت هسته‌ای آن‌ها دوام چندانی ندارد؛ و همینطور عمرشان کوتاه و با انفجار از بین نمی‌روند؛ بلکه با فرو ریزش درونی و تشکیل سیاه‌چاله پایان می‌گیرند. فضا با این سوراخ‌ها پنچر می‌شود و ذرات گاز پیوسته به سوی این سیاه چاله‌ها کشیده می‌شوند و انرژی که آزاد می‌گردد از انرژی آزاد شده به وسیله بقیه کهشکان‌ها بیشتر است.

“اینگونه اجرام را کوزار یا هسته های فعال کهکشانی فعال مینامند.”

که به دو دلیل جالبند :
اولن این اجرام درخشان‌تر از خود کهکشان‌ها هستند پس برای بررسی عالم دور مفیدند. طیف‌های نوری کوازارها حاکی از وجود ابرهایی گازی در امتداد خط دید ما هستند. تا به امروز نیز بهترین شاهد مربوط به دوتریم به دست داده اند. شواهدی که یکی از مهمترین آزمون‌های درستی مهبانگ است.

دوما کوازارها فرصتی است برای آزمون نسبیت عام انیشتین. انرژی که این اجرام گسیل می‌کنند حاصل از چرخش موادی است که خیلی نزدیک سیاه چاله‌ها می‌چرخند و حتی شاید حاصل چرخش خود سیاه چاله باشند… اما تابشی که یک کوازار ساطع می‌کند به واسطه گرانش بسیار قوی این جرم انتقال سرخ میابد(انتقال سرخ ناشی از اتساع عالم) سرعت چرخشی زیاد گاز به دور سیاه‌چاله نیز باعث افزایش اثر دوپلر می‌گردد. از این مسائل می‌توانیم بفهمیم آیا سیاه‌چاله‌ها با نسبیت عام انیشتین پیشبینی می‌شوند یا خیر.

تصور بسیاری از کیهان‌شناسان از چگونگی پیدایش کیهان و ساختارهای کیهانی مانند تصویری است که داروینیست‌ها از تکامل زیست شناسی دارند. در کیهان‌شناسی اگر نقطه آغاز مشخص باشد بقیه پیش بینی‌ها قابل حل هست.

بدیهی است لازمه تشکیل کهکشان‌ها خوشه‌ها و ابر خوشه‌های آن است که در عالم به اندازه کافی هم ماده تاریک و هم اتم وجود داشته باشد. در عالمی که بخش اعظم آن تابش و مقدار زیاد ذرات دیگر بسیار کم باشد گرانش نمی‌تواند بر فشار فائق آید. بهمین علت انرژی تاریک نباید پیش از انتشار عالم و قبل از تشکیل کهکشان ها بر گرانش غالب آید.

باید در گاز اولیه به اندازه کافی اتم برای تشکیل صدها میلیارد کهکشان وجود داشته باشد. اینکه چرا {Q} مساوی 10 به توان منفی 5 است هنوز معمایی است. اگر این عدد کمتر بود بقیه اعدا کیهانی همان هستند که می‌ماندند. مسلمن مدت طولانی‌تری لازم بود تا ماده تاریک جمع و ساختارهای کوچک و ضعیف تر بودند و فرآیند ستاره‌سازی کند می‌شد و اگر کوچک‌تر از این عدد هم می‌بود ذرات گاز هیچ‌گاه متراکم نمی‌شدند. ازسویی اگر این عدد از این مقدار بیشتر می‌بود عالمی متلاطم و خشن داشتیم. اجرامی به جای تشکیل ستاره مستقیما تبدیل به سیاه چاله می‌شدند.

خوب در این مقاله سعی شد فعل و انفعالات جزئی تر از مهبانگ و آغاز عصر روشنایی عالم را توصیف کنیم. نحوه تشکیل ستاره‌ها تا شکل‌گیری کهکشان‌ها و نقش ماده تاریک و گرانش در ساختارهای کیهانی که پیش تر در مورد ماده تاریک و انرژی تاریک صحبت کردیم.

 

 منبع : کتاب شش عدد نوشته “مارتین ریس”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*

Scroll To Top