لقد ترك علماء الفلك في حيرة من أمرهم بعد أن وجدت دراسة جديدة أن مجرتنا يمكن أن تكون في الواقع خمس ما كان يعتقد سابقا.
ويبدو أن هذا يشير إلى أن درب التبانة تفتقد بعض المادة المظلمة، وهي المادة غير المرئية التي تشكل حوالي 85% من إجمالي الكتلة في الكون.
وباستخدام بيانات من تلسكوب غايا – الذي أنشأ خريطة لـ 1.8 مليار نجم في درب التبانة – قدر الباحثون أن الكتلة الإجمالية لمجرتنا تبلغ 200 مليار مرة فقط من كتلة الشمس.
وهذا أقل بنحو أربع إلى خمس مرات من التقديرات السابقة، التي وضعتها بين 890 مليارًا وما يزيد قليلاً عن تريليون كتلة شمسية.
حتى الآن، كان يُعتقد أيضًا أن المادة المظلمة كانت أكثر وفرة بست مرات على الأقل من المادة العادية.
الاكتشاف: لقد ترك علماء الفلك في حيرة من أمرهم بعد أن وجدت دراسة جديدة أن مجرتنا يمكن أن تكون في الواقع خُمس ما كان يعتقد سابقًا. واستخدموا بيانات من تلسكوب جايا – الذي أنشأ خريطة لـ 1.8 مليار نجم في درب التبانة (في الصورة).
البيانات: كشفت أن منحنى درب التبانة يختلف عن المجرات الحلزونية الكبيرة الأخرى لأنها ليست مسطحة. وبدلاً من ذلك، وُجد أن النجوم تدور بشكل أبطأ من المتوقع على بعد 50 ألف سنة ضوئية من مركزها، كما هو متوقع من ما يسمى بالانحدار الكبليري (في الصورة).
مسح كبير للسحب الغازية يساعد علماء الفلك على دراسة درب التبانة
كشفت دراسة واسعة النطاق للمجرة الداخلية عن مجموعة واسعة من الهياكل داخل مجرة درب التبانة.
أنشأ علماء من جامعة كارديف و50 مؤسسة أخرى حول العالم مسحًا ثلاثي الأبعاد جديدًا لمجرة درب التبانة الداخلية.
خريطة السحب ستساعد علماء الفلك على دراسة المجرة
يُطلق عليه اسم SEDIGISM (البنية والإثارة وديناميكيات الوسط البينجمي المجري الداخلي) – سيسمح لعلماء الفلك بدفع حدود ما نعرفه عن بنية مجرتنا.
وقالت الدكتورة آنا دوارتي كابرال، من جامعة كارديف، إن هذا يوفر كتالوجًا يضم 10000 سحابة من الغاز الجزيئي.
وهذا سيسمح للعلماء بالتحقيق بدقة في كيفية تأثير البنية الحلزونية للمجرة على دورة حياة السحب، وخصائصها، وفي النهاية تكوين النجوم الذي يحدث داخلها.
وقالت: “الأمر الأكثر إثارة في هذا المسح هو أنه يمكن أن يساعد حقًا في تحديد البنية المجرية العالمية لمجرة درب التبانة، مما يوفر رؤية مذهلة ثلاثية الأبعاد للمجرة الداخلية”.
تم إنشاء الكتالوج عن طريق قياس النظير النادر لجزيء أول أكسيد الكربون، 13CO، باستخدام تلسكوب أتاكاما باثفايندر التجريبي البالغ طوله 12 مترًا في تشيلي.
ومع ذلك، تشير الدراسة الجديدة إلى أن المادة الأخيرة يمكن أن تمثل في الواقع ما يصل إلى ثلث المادة بأكملها، بالنظر إلى أن معظم علماء الفلك متفقون على أنها تعادل كتلة حوالي 600 مليون شمس.
هذا التناقض الكبير دفع العلماء إلى الحث على توخي الحذر بشأن هذه النتائج، لأنها “تتعارض مع العديد من الدراسات السابقة”.
وقال البروفيسور أندرو بونتزن، من جامعة كوليدج لندن، لصحيفة التايمز: “إذا كانت مجرتنا تمتلك بالفعل كتلة صغيرة كما يوحي هذا العمل، فيجب على المرء أن يشرح لماذا توصلت الأعمال السابقة المستندة إلى تقنيات مختلفة إلى عدد أكبر”.
يمكن أن يكون لهذا الاكتشاف تأثير عميق على فهم تاريخ مجرتنا الممتد لـ 13 مليار عام، لأنه قد يشير إلى أن مجرة درب التبانة تحملت عددًا أقل من الاصطدامات مع المجرات الأخرى مقارنة ببعض نظيراتها.
ويبلغ الحد الأقصى المطلق للكتلة لمجرة درب التبانة 540 مليارا، وفقا للفريق الدولي من علماء الفلك بقيادة مرصد باريس.
وقال مؤلف الدراسة، الدكتور فرانسوا هامر، من مرصد باريس، إن الباحثين “فوجئوا للغاية” بالنتائج التي توصلوا إليها.
وأوضحت كيف تمكن علماء الفلك من حساب كتلة مجرتنا من خلال النظر إلى ما يعرف بمنحنى دورانها.
في الأساس، مجرة درب التبانة هي عبارة عن دوامة دوارة تضم ما بين 100 و400 مليار نجم، والتي يعتقد العلماء أنها محاطة بهالة من المادة المظلمة.
وبالتالي، فإن بيانات غايا تمثل جزءًا صغيرًا من العدد الإجمالي للنجوم، ولكنها كافية لحساب منحنى دوران دقيق.
وكشفت أن منحنى درب التبانة يختلف عن المجرات الحلزونية الكبيرة الأخرى لأنها ليست مسطحة.
في سبعينيات القرن العشرين، كان أحد الإنجازات الكبرى في علم الفلك الحديث هو أن سرعات دوران المجرات الكبيرة الأخرى كانت أسرع بكثير مما يمكن توقعه من ما يسمى بالانحدار الكبليري.
هذا هو المكان الذي تبدأ فيه السرعات النجمية بالانخفاض وفقًا لقوانين كيبلر لأن كتلة المجرة كلها تقريبًا أقرب إلى مركز المجرة.
أدى هذا الاكتشاف إلى نظرية مفادها أن المجرات الحلزونية الكبيرة يجب أن تكون محاطة بهالات من المادة المظلمة.
Stargazer: تم إطلاق القمر الصناعي Gaia في عام 2013، ويعمل عند ما يسمى بنقطة Lagrange 2 (L2) – وهي نقطة مستقرة الجاذبية في نظام الشمس والأرض ويقيس موقع النجوم وسطوعها، إلى جانب حجمها وألوانها.
لمحة رائعة: يتضمن مشروع آخر يستخدم إصدارًا مبكرًا لبيانات Gaia خريطة توضح حركة النجوم في جوارنا النجمي المباشر، والذي يقع على بعد حوالي 300 سنة ضوئية من الأرض. وتظهر على شكل خطوط بيضاء عبر مستوى المجرة
أما في مجرة درب التبانة، فإن منحنى الدوران يبدأ في الانخفاض بسرعة على أطراف قرص المجرة.
وُجد أن النجوم تدور بشكل أبطأ من المتوقع على بعد 50 ألف سنة ضوئية من مركزها، مما يشير إلى غياب بعض جاذبية المادة المظلمة.
وقال الباحثون إن النتائج التي توصلوا إليها كانت “استثنائية للغاية”، وأوضحوا أن دوران درب التبانة المنحني “قد يكون بسبب التاريخ الهادئ للغاية لمجرتنا”.
حدث آخر اندماج كبير لها منذ حوالي تسعة مليارات سنة، مقارنة بمتوسط ستة مليارات سنة للمجرات الحلزونية الأخرى.
وسيتم نشر الدراسة الجديدة في مجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية.
ما هو مسبار GAIA التابع لوكالة الفضاء الأوروبية وما الذي تم تصميمه للقيام به؟
جايا هي مهمة طموحة لرسم خريطة ثلاثية الأبعاد لمجرتنا، درب التبانة، وفي هذه العملية تكشف عن تكوينها وتكوينها وتطورها.
يدور جايا حول الشمس على بعد مليون ميل تقريبًا من مدار الأرض منذ إطلاقه من قبل وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) في ديسمبر 2013.
خلال رحلته، كان المسبار يلتقط صورًا لدرب التبانة، ويحدد نجومًا من مجرات أصغر ابتلعتها مجرتنا منذ فترة طويلة.
من المتوقع أن تكتشف جايا عشرات الآلاف من الأجسام التي لم يتم اكتشافها سابقًا، بما في ذلك الكويكبات التي قد تهدد الأرض يومًا ما، والكواكب التي تدور حول النجوم القريبة، والمستعرات الأعظم المتفجرة.
تصور فني لجايا وهو يرسم خريطة لنجوم درب التبانة. ترسم جايا خريطة لموقع نجوم درب التبانة بعدة طرق. ويحدد المسبار مواقع النجوم بدقة، لكن يستطيع المسبار أيضًا رسم حركتها، عن طريق مسح كل نجم حوالي 70 مرة
ويأمل علماء الفيزياء الفلكية أيضًا في معرفة المزيد عن توزيع المادة المظلمة، وهي المادة غير المرئية التي يعتقد أنها تربط الكون المرئي ببعضه البعض.
ويخططون أيضًا لاختبار النظرية النسبية العامة لألبرت أينشتاين من خلال مراقبة كيفية انحراف الضوء عن طريق الشمس وكواكبها.
تعد كاميرا القمر الصناعي التي تبلغ دقتها مليار بكسل، وهي الأكبر على الإطلاق في الفضاء، قوية جدًا لدرجة أنها ستكون قادرة على قياس قطر شعرة الإنسان على مسافة 621 ميلًا (1000 كيلومتر).
وهذا يعني أنه تم تحديد موقع النجوم القريبة بدقة غير مسبوقة.
ترسم جايا خريطة لموقع نجوم درب التبانة بعدة طرق.
منظر غايا الشامل للسماء لمجرتنا درب التبانة والمجرات المجاورة، بناءً على قياسات لما يقرب من 1.7 مليار نجم. تُظهر الخريطة إجمالي سطوع ولون النجوم التي رصدها القمر الصناعي لوكالة الفضاء الأوروبية في كل جزء من السماء بين يوليو 2014 ومايو 2016. تشير المناطق الأكثر سطوعًا إلى تركيزات أكثر كثافة من النجوم الساطعة بشكل خاص، بينما تتوافق المناطق الداكنة مع بقع من السماء حيث يكون سطوعها أقل. يتم ملاحظة النجوم. يتم الحصول على تمثيل الألوان من خلال الجمع بين إجمالي كمية الضوء وكمية الضوء الأزرق والأحمر التي سجلتها غايا في كل رقعة من السماء.
ويحدد المسبار مواقع النجوم بدقة، لكن يستطيع المسبار أيضًا رسم حركتها، عن طريق مسح كل نجم حوالي 70 مرة.
وهذا ما يسمح للعلماء بحساب المسافة بين الأرض وكل نجم، وهو مقياس حاسم.
في سبتمبر 2016، أصدرت وكالة الفضاء الأوروبية الدفعة الأولى من البيانات التي جمعتها جايا، والتي تضمنت معلومات عن سطوع وموقع أكثر من مليار نجم.
وفي أبريل 2018، تم توسيع هذا ليشمل قياسات عالية الدقة لما يقرب من 1.7 مليار نجم.