در سمت دور کهکشان راه شیری چه می‌گذرد؟

ستاره‌شناسان با استفاده از رادیو و تلسکوپ‌های فروسرخ می‌توانند در پرده غبار‌آلود کهکشان ما نفوذ کرده و از دورترین نقاط آن نقشه‌برداری کنند.

شاید فکر کنید با توجه به اینکه در کهکشان راه شیری زندگی می‌کنیم تا به‌حال به نقشه‌ی بسیار خوبی از کهکشان خود همراه با درک ساختار کلی و اجزای آن رسیده‌ایم.

با این‌حال قرار گرفتن در کهکشان راه شیری در واقع یک مانع بزرگ برای نقشه‌برداری کهکشانی ما است. با نگاه کردن به هر کهکشانی بیرون از راه شیری، می‌توانیم بخش زیادی از آن چه که مقابلمان گسترده شده است را ببینیم. همین ویژگی نقشه‌برداری از ساختار این کهکشان‌ها را آسان می‌کند.

اما برای کهکشان راه شیری خودمان با منظره‌ای مبهم از داخل گیر افتاده‌ایم. برای درک بهتر، تصور کنید در یک انبار غول‌پیکر پر از مه هستید که همیشه می‌توانید کف و سقف را ببینید، اما تاریکی مانع از هر گونه دید عمیق به محیط ساختمان می‌شود. می‌توانید جعبه‌ها و سایر کالاها را که در قفسه‌های مجاور روی همه چیده‌ شده‌‌اند، ببینید، اما آگاهی فضایی شما از ده‌ها متر یا بیشتر محو می‌شود. شما نمی‌توانید بگویید چه چیزی آن‌طرف وجود دارد، حتی نمی‌دانید که دیوارها چقدر دور هستند یا در نزدیکی حاشیه‌ی انبار یا مرکز آن هستید.

ستاره‌شناس‌ها دقیقا با مشکل فوق روبه‌رو هستند. اگر کهکشان ما فقط از ستاره تشکیل شده بود، می‌توانستیم آن را شفاف ببینیم؛ اما خانه‌ی ما پر از گرد و غبار است. دانه‌های ریز مواد صخره‌ای یا دوده‌ای که هنگام مرگ ستاره‌های عظیم ایجاد می‌شوند و در باد وسیعی منتشر می‌شوند. میلیاردها عدد از این ستاره‌ها طی میلیاردها سال کهکشان راه شیری را با غبار خفه کردند و آن را مملو از ابرهای مات ساخته‌اند که خط دید ما را محدود و مسدود می‌کنند. اساسا تمام ستاره‌هایی که می‌توانیم ببینیم در سمت نزدیک ما از کهکشان راه شیری قرار دارند.

با این‌حال می‌توانیم با اطمینان کامل بگوییم که کهکشان ما یک صفحه مسطح با یک برآمدگی مرکزی تقریبا کروی از ستارگان است. در یک شب تاریک و بدون ماه، ما آن را به شکل یک رودخانه گسترده از نور در سراسر آسمان می‌بینیم که به سمت بیرون به شکل دایره‌ای در نزدیکی صورت فلکی کمان شکوفا می‌شود.

ما درون دیسک مسطح هستیم بنابراین ترکیب نور تمام ستاره‌ها باعث ایجاد جریانی مه‌آلود موسوم به راه شیری می‌شود؛ اما در آن سوی ستاره‌هایی که می‌توان دید، چه چیزی قرار دارد؟ ساختار کلی کهکشان ما چیست و چه چیزی در وسط و در طرف دیگر آن است؟

یک خبر خوب داریم: قبلا به شما دروغ گفتیم. البته آنقدر دروغ نگفتیم که برخی اطلاعات را پنهان کنیم. گرچه گرد و غبار دیسک، نور مرئی را مسدود می‌کند، سایر طول موج‌های نور مانند امواج رادیویی و فروسرخ می‌توانند نسبتا بدون مانع از این غبار عبور کنند؛ بنابراین با استفاده از تلسکوپ‌های حساس به این طول موج‌ها، می‌توانیم خیلی دورتر را ببینیم و آنچه را که فراتر از دید خودمان است بیاموزیم.

به عنوان مثال، مرکز کهکشان ما با گرد و غبار زیادی پوشیده شده است به‌طوری‌که تلسکوپ‌های نور مرئی برای آن بی‌استفاده می‌شوند، اما با تلسکوپ‌های فروسرخ می‌توانیم نور ساطع‌شده از اجرام را در آنجا ببینیم. اخترشناسان با استفاده از چنین ابزارهایی توانسته‌اند ستارگان را با چنان دقتی ردیابی کنند که حرکت‌های ستاره‌ای آن‌ها یک جرم غول‌پیکر را در مرکز کهکشان آشکار کرده‌اند که هیچ نور فروسرخ یا مرئی را منتشر نمی‌کند: این جرم چیزی نیست به‌جز سیاهچاله‌ی کلان‌جرم کمان ای* با جرم بیش از چهار میلیون خورشید.

امواج رادیویی طول موج بیشتری نسبت به فروسرخ دارند و می‌توانند راحت‌تر از میان غبار عبور کنند. در سال ۲۰۱۰، اخترشناسان یک ابر گازی غول‌پیکر را در فاصله‌ی ۳۱۰۰۰ سال نوری از زمین در سمت دیگر کهکشان ما کشف کردند. مشاهدات بعدی در طیف فروسرخ نشان داد که این ابر عظیم از گاز و غبار تشکیل شده است که در آن ستاره‌ها به طور فعال در حال شکل‌گیری هستند.

تلسکوپ‌های نور مرئی نمی‌توانند به خوبی آن سوی راه شیری را رصد کنند

ستاره‌شناسان ابر یادشده را سحابی ماهی اژدها نامیدند زیرا به ماهی استوایی شبیه است. عرض این سحابی در آسمان به دو درجه یا چهار برابر اندازه‌ی ظاهری ماه کامل می‌رسد. با توجه به فاصله نجومی این سحابی، عرض واقعی این سحابی ۱۰۰۰ سال نوری است. فقط لازم است آن را با سحابی شکارچی مقایسه کنید، یک مهدکودک ستاره‌ای نسبتا نزدیک که تنها چند ده سال نوری وسعت دارد.

اژدهاماهی به احتمال زیاد بزرگ‌ترین نوع خود در کهکشان راه شیری است که آن را حتی از کهکشان‌های دیگر به راحتی قابل تشخیص می‌کند، اما برای تلسکوپ‌های نوری ما کاملا نامرئی است. با این‌حال ما می‌توانیم حتی بهتر از این هم عمل کنیم. برخی از این ابرهای گازی، ساطع‌کننده‌های قدرتمند نور مایکروویو هستند که طول موجشان بین امواج فروسرخ و امواج رادیویی قرار می‌گیرد. فیزیک پشت این پرتوها اساسا مشابه لیزرها است بنابراین ما آن‌ها را میزر می‌نامیم (m ابتدای مایکروویو است) و آن‌ها را می‌توان به وضوح در سراسر کهکشان مشاهده کرد. با ترکیب تلسکوپ‌های سراسر جهان می‌توانیم اندازه‌گیری‌های بسیار دقیقی از حرکات و فواصل آن‌ها را به دست آوریم.

این ابرها در امتداد جریان‌های پرستاره‌ی کهکشان یا همان بازوهای مارپیچی قرار دارند. در واقع رصدهای این میزرها ثابت کرده که کهکشان راه شیری ما نمونه‌ای باشکوه از یک کهکشان مارپیچی است. بر اساس مشاهدات ستاره‌شناس‌ها، کهکشان ما دارای چهار بازو در مقیاس بزرگ است؛ اما بازوی پنجمی هم وجود دارد که به بزرگی و آشکاری چهار بازوی دیگر نیست. این بازوی محلی منظومه شمسی ما را نگه می‌دارد.

سایر اندازه‌گیری‌های نجومی رادیویی، مختصات کهکشانی ما را با دقت قابل توجهی مشخص کرده‌اند: خورشید حدود ۲۶ هزار سال نوری از مرکز فاصله دارد؛ اندکی کمتر از نیمه‌ی راه در عرض دیسک راه شیری که ۱۲۰ هزار سال نوری عرض دارد یا به عبارتی در موقعیت بسیار نزدیکی با صفحه‌ی میانی راه شیری قرار گرفته است.

جرم G1.9+0.3 یکی دیگر از اجرام آن سوی کهکشان است که در رصدهای «آرایه بسیار بزرگ»، مجموعه‌ای از تلسکوپ‌های رادیویی واقع در صحرای نیومکزیکو یافت شده است. این جرم نوعی باقی‌مانده ابرنواختر یا بقایای گازی در حال انبساط ستاره‌ای منفجر‌شده است. نور حاصل از این انفجار تنها کمی بیش از یک قرن پیش به زمین رسید و آن را به جدیدترین ابرنواختر شناخته شده در کهکشان ما تبدیل کرد اما غبار میانی آن را چنان کمرنگ کرد که اصلا در نور مرئی دیده نشد. تخمین زده می‌شود که مکان آن بیش از ۲۷۰۰۰ سال نوری از زمین فاصله داشته باشد و از این رو به سختی در سمت دور کهکشان قرار می‌گیرد.

پرتوهای ایکس می‌توانند به غبار کهکشان ما نفوذ کنند. در سال ۲۰۰۴ موج عظیمی از این نوع نور پرانرژی به زمین برخورد کرد که توسط یک مگنتار منتشر شده بود؛ یک ستاره نوترونی بسیار پرانرژی و دارای بار مغناطیسی به نام SGR 1806-20. این انفجار به قدری قوی بود که ماهواره‌هایی را که برای اندازه‌گیری آسمان پرتوی ایکس طراحی شده بودند را تحت تأثیر قرار داد و بر زمین هم تأثیر فیزیکی گذاشت. این مگنتار ۴۰ هزار تا ۵۰ هزار سال نوری با زمین فاصله داشت و با این حساب به وضوح در آن سوی راه شیری قرار می‌گرفت.

مگنتارها نسبتا کمیاب هستند و تنها تعداد انگشت‌شماری در کهکشان ما شناخته شده‌اند و همه آن‌ها به جز SGR 1806-20 در سمت مرکز کهکشانی ما قرار دارند. احتمالا تعداد بیشتری در طرف دیگر قرار دارند.

واضح است نیمه پنهان کهکشان ما ارزش کاوش را دارد. حجم فضای محلی ما پر از اشیاء شگفت‌انگیز مانند ستاره‌های قدرتمند وولف رایه که امواج غبار را منفجر می‌کند. چه گنجینه‌های دیگری در کمین هستند تا در طرف دیگر کشف شوند؟ تا زمانی که نتوانیم مناطق دوردست کهکشان راه شیری را کاوش کنیم، سرشماری کهکشانی ما در بهترین حالت نیمه‌تمام است.