تلسکوپ فضایی «گایا» به زودی به چهار معمای کهکشان راه شیری پاسخ می‌دهد

روز ۲۳ خردادماه ۱۴۰۱ سازمان فضایی اروپا داده‌های تازه‌ای از ماموریت گایا (Gaia) منتشر می‌کند که می‌تواند به برخی از سوالات کنونی درباره کهکشان راه شیری پاسخ دهد. تلسکوپ فضایی گایا از سال ۲۰۱۳ میلادی/۱۳۹۲ خورشیدی به فضا پرتاب شد و در هفته آینده داده‌هایی که از یک میلیارد جرم درخشان آسمان ثبت کرده است، منتشر می‌شود.

تلسکوپ فضایی گایا در طول ماموریت خود تا امروز دقیق‌ترین نقشه از کهکشان راه شیری را تهیه و سرعت، موقعیت و فاصله حدود دو میلیارد ستاره در کهکشان را به دقت اندازه‌گیری کرده است. حالا داده‌های جدیدی که در روزهای آینده منتشر می‌شود، بعد جدیدی به این نقشه از راه شیری اضافه می‌کند و ترکیبات شیمیایی آن‌ها را نیز تعیین می‌کند.

این تلسکوپ در نقطه لاگرانژی دوم در مداری به دور خورشید می‌چرخد و خیلی با تلسکوپ فضایی جیمز وب معروف فاصله‌ای ندارد. گایا هر دو ماه یکبار تمام آسمان را کاوش می‌کند و داده‌هایی از حدود ۲ میلیارد جرم پرنور آسمان جمع‌آوری می‌کند. با این حال، این تعداد ستاره فقط یک درصد از تمام ستاره‌های کهکشان راه شیری است.

منجمان حتی با چنین داده‌های کمی می‌توانند تمام این ویژگی‌ها را به تمام ستاره‌های کهکشان تعمیم دهند و آن را به عنوان یک سیستم پیچیده (complex system) مطالعه کنند. با این کار آن‌ها می‌توانند سوالاتی از کهکشان راه شیری را که بی‌پاسخ باقی‌مانده است، جواب دهند.

۱. ستاره‌ها چگونه به وجود می‌آیند؟

از آنجایی که تمام اجرام کیهان از قوانین ساده فیزیکی پیروی می‌کنند، منجمان با داده‌های گایا می‌توانند مدلی بسازند که گذشته و آینده ستاره‌ها را محاسبه می‌کند. با این روش، آن‌ها می‌توانند مسیر شکل‌گیری کهکشان راه شیری را به دست آورند و اطلاعات کاملی از میلیاردها سال تکامل این کهکشان داشته باشند.

حالا با داده‌های تازه‌ای که سازمان فضایی اروپا منتشر خواهد کرد، منجمان می‌توانند حتی به ابتدای شکل‌گیری کهکشان راه شیری بنگرند. تیم ماموریت گایا در هفته آینده پارامترهای اخترفیزیکی نیم میلیارد ستاره را در اختیار عموم قرار می‌دهد که با آن می‌توان اطلاعاتی از ترکیبات شیمیایی، جرم، سن، دما و درخشش هر کدام از این ستاره‌ها را اندازه‌گیری کرد.

در حال حاضر این داده‌ها برای منجمان بسیار مهم و هیجان‌انگیز هستند. آن‌ها با تشخیص مواد شیمیایی اتمسفر ستاره‌ها می‌توانند ترکیبات شیمیایی ابر و غبار پیش‌ستاره‌ای آن را متوجه شوند. با ترکیب این داده‌ها با اطلاعات قبلی، می‌توانیم محل تولد ستاره‌ها و مسیر تکامل ستاره‌های راه شیری و حتی ستاره‌های خارج از کهکشانمان را نیز اندازه بگیریم.

۲. چگونه ستاره‌های کهکشان راه شیری در کنار هم باقی می‌مانند؟

با اینکه تلسکوپ‌هایی مثل گایا مدت‌هاست آسمان را کاوش می‌کنند، هنوز منجمان اطلاعات بسیار کمی از کهکشان راه شیری دارند. از آنجایی که ما داخل خود راه شیری هستیم، دیدن تمام قسمت‌های کهکشان غیرممکن است. به علاوه، گرد و غبار بین‌ستاره‌ای تمام قرص کهکشان از دید ما در یک ناحیه جمع شده است و به همین دلیل نمی‌توانیم اطلاعات مستقیم از آن‌ به دست آوریم.

اما به کمک داده‌های گایا و تلسکوپ‌های رادیویی می‌توان درک کاملی از تمام کهکشان راه شیری داشت و مسائل مهمی مثل توزیع ماده تاریک در راه شیری را حل کرد. البته منجمان هنوز بر سر مسائل ساده‌تری مثل ساختار راه شیری با هم اختلاف نظر دارند. با جمع‌آوری داده‌های دقیقی از موقعیت و جرم هر کدام از بازوهای کهکشان راه شیری می‌توان ساختار آن را نیز با دقت بهتری به دست آورد. البته دوباره باید گفت که گایا با این داده‌ها می‌تواند ساختار گذشته و آینده کهکشان راه شیری را ببیند. 

۳. چه اتفاقاتی در ابتدای شکل‌گیری کهکشان راه شیری رخ داده است؟

منجمان با اندازه‌گیری‌های گایا می‌توانند گذشته کهکشان‌ها را مطالعه کنند و با شبیه‌سازی مسیر تکامل میلیون‌ها ستاره متوجه شوند که میلیاردها سال پیش چه اتفاقی افتاده است. گاهی اوقات این شبیه‌سازی‌ها اتفاقاتی مثل برخورد چند کهکشان به یکدیگر را نمایان می‌کند که امروز باقی‌مانده‌ای از آن اتفاقات را در آسمان می‌بینیم.

یکی از جالب‌ترین یافته‌های ماموریت گایا برخورد راه شیری با کهکشان کوچکتری است که حدود ۸ میلیارد تا ۱۱ میلیارد سال پیش اتفاق افتاده است. منجمان این برخورد را آخرین برخورد بزرگ با راه شیری می‌دانند که تغییر محسوسی در اندازه آن ایجاد کرد. حالا منجمان با داده‌های جدید می‌توانند برخوردهای قبل‌تر را نیز در تاریخ تکامل راه شیری ردیابی کنند.

تا امروز تعدادی از پژوهشگران تلاش کردند تا با داده‌های قبلی به ۱۰ میلیارد سال گذشته راه شیری نگاه کنند و حتی بعضی تلاش‌ها به ۱۲ میلیارد تا ۱۳ میلیارد سال گذشته می‌رسد. حالا با داده‌های جدید می‌توان با دقت بهتری به ساختار ابتدایی راه شیری نگاه کرد.

حتی همین حالا نیز راه شیری کهکشان‌های کوچکی به نام ابرهای ماژلانی بزرگ و کوچک (Large and Smal Magellanic Clouds) را به دام گرانش خود انداخته است و طبق شبیه‌سازی‌ها، راه شیری ستاره‌های این کهکشان‌ها را می‌بلعد و روزی تمام ستاره‌های آن‌ها تمام خواهد شد.

راه شیری همانطور که روزی با برخوردهای فاجعه‌آمیز به وجود آمده است، روزی به همین شکل لحظات پایانی عمر خود را سپری می‌کند. حدود ۴.۵ میلیارد سال بعد، راه شیری با کهکشان آندرومدا برخورد می‌کند و از آنجایی که آندرومدا از کهکشان ما بزرگتر است، بیشتر ستاره‌های راه شیری را می‌بلعد. منجمان احتمال می‌دهند که سیاهچاله آندرومدا به طور مستقیم با سیاهچاله کهکشان ما برخورد کند. با این حال، ممکن است خطای سیستمی این محاسبات نیز این احتمال را نشان می‌دهد که این دو سیاهچاله فقط از نزدیکی هم عبور کنند. اما احتمالا این عبور به قدری نزدیک است که این دو سیاهچاله در گرانش یکدیگر درهم‌تنیده شوند.

۴. چه اتفاقی برای قرص راه شیری افتاده است؟

داده‌های اخیر ماموریت گایا نشان داد که قرص راه شیری در فضا-زمان پیچ و تاب خورده است و صفحه‌ای صاف نیست. جالب‌تر اینکه این پیچ و تاپ قرص کهکشان با گردش مرکز آن به دور خود می‌‌چرخد. منجمان احتمال می‌دهند که این اتفاق حاصل برخوردهای گذشته راه شیری با کهکشان‌های دیگر باشد.

حالا تیم ماموریت گایا امیدوار است تا بتواند با داده‌های جدید گایا از حرکت حدود نیم میلیارد ستاره جدید به درک بهتر راه شیری کمک کند. داده‌های اولیه فقط سرعت زاویه‌ای ۷ میلیون ستاره را به ما نشان داده بود، حالا منجمان با داده‌های بیشتر می‌توانند با دقت بهتری تمام این محاسبات را انجام دهند.

داده‌های بیشتری در راه است

ماموریت علمی گایا در حال حاضر یکی از ماموریت‌هایی است که بیشتر مقاله‌های علمی کیهان‌شناسی با داده‌های آن منتشر می‌شود. داده‌هایی که سازمان فضایی اروپا در هفته آینده منتشر می‌کند، یکی از بزرگترین کاوش‌هایی است که تاکنون از ستاره‌های دوتایی کهکشان راه شیری انجام شده است. گایا تا سال ۲۰۲۵ میلادی/۱۴۰۴ خورشیدی تمام آسمان را کاوش می‌کند و داده‌های هیجان‌انگیز بیشتری منتشر خواهد کرد.