ما هي خصائص المجرات
الملاحظات والمفاهيم المبكرة عن المجرات
أهم مشكلات دراسة المجرات الفلكية
ما هي خصائص المجرات؟

 

المجرة هي نظام من أنظمة النجوم والمواد البينجمية التي يتكون منها الكون، العديد من مثل هذه التجمعات هائلة لدرجة أنها تحتوي على مئات المليارات من النجوم، قدمت الطبيعة مجموعة متنوعة للغاية من المجرات بدءاً من الأجسام القزمة الباهتة المنتشرة إلى العمالقة اللولبية الشكل، وفيما يلي من خصائص المجرات في علم الفلك:

 

يبدو أن جميع المجرات تقريباً قد تشكلت بعد وقت قصير من بدء الكون، وهي تنتشر في الفضاء حتى في أعماق أبعد المجرات التي اخترقتها التلسكوبات الحديثة القوية.

 

عادة ما توجد المجرات في عناقيد بعضها بدوره يتم تجميعه في مجموعات أكبر يبلغ قطرها مئات الملايين من السنين الضوئية، (السنة الضوئية هي المسافة التي يقطعها الضوء في سنة واحدة وتنتقل بسرعة 300.000 كم في الثانية أو 650.000.000 ميل في الساعة)، هذا يجعل البنية الإجمالية للكون تبدو إلى حد ما مثل شبكة من الصفائح وسلاسل المجرات.

 

تختلف المجرات عن بعضها البعض في الشكل مع وجود اختلافات ناتجة عن الطريقة التي تشكلت بها الأنظمة وتطورت فيما بعد.

 

تتنوع المجرات بشكل كبير ليس فقط من حيث البنية، ولكن أيضاً في مقدار النشاط الملاحظ، بعضها هو مواقع تكون النجوم القوية بما يصاحبها من غاز متوهج وسحب من الغبار والمجمعات الجزيئية.

 

وجد علماء الفلك أن البعض الآخر من المجرات يكون هادئ، فقد توقف منذ فترة طويلة عن تشكيل نجوم جديدة.

 

ربما يكون النشاط الأكثر وضوحا في المجرات يحدث في نواتها، حيث تشير الدلائل إلى أنه في كثير من الحالات تكمن الأجسام فائقة الكتلة (ربما الثقوب السوداء)، يبدو أن هذه الثقوب السوداء المركزية تشكلت منذ عدة مليارات من السنين، يُلاحظ الآن أنها تتشكل في المجرات على مسافات كبيرة (وبالتالي بسبب الوقت الذي يستغرقه الضوء للسفر إلى الأرض وفي بعض الأحيان في الماضي البعيد) كأجسام لامعة تسمى الكوازارات.

 

لم يتم التعرف على وجود المجرات حتى أوائل القرن العشرين، منذ ذلك الحين أصبحت المجرات واحدة من النقاط المحورية للبحث الفلكي، وقد عمل الفلكييون على مسح التطورات والإنجازات الملحوظة في دراسة المجرات.

 

تم دراسة خصائص المجرات الخارجية (أي تلك الموجودة خارج مجرة ??درب التبانة والمجرة المحلية التي تنتمي إليها الشمس والأرض) وتوزيعها في عناقيد عملاقة وتطور المجرات والكوازارات.

 

الملاحظات والمفاهيم المبكرة عن المجرات:

 

يعتبر الخلاف حول طبيعة ما كان يُطلق عليه ذات مرة السدم الحلزونية أحد أهم الخلافات في تطور علم الفلك، وحول هذا الخلاف قد تمحور السؤال حول حجم الكون وكيف كان الفلك محصور في نظام نجمي واحد ومحدود موجود بمفرده في الفضاء الفارغ، أم أن مجرة درب التبانة هي مجرد واحدة من ملايين المجرات التي انتشرت في الفضاء، وتمتد إلى ما وراء مسافات شاسعة سبرتها أقوى تلسكوباتنا.

 

حتى عام 1925 كانت السدم الحلزونية والأشكال المرتبطة بها في حالة غير مؤكدة، جادل بعض العلماء (ولا سيما هيبر دي كيرتس من الولايات المتحدة وكنوت لوندمارك من السويد) بأنهم قد يكونون مجاميع بعيدة من النجوم مماثلة في الحجم لمجرة درب التبانة، قبل قرون اقترح الفيلسوف الألماني إيمانويل كانط من بين آخرين نفس الفكرة إلى حد كبير، ولكن كان ذلك قبل وقت طويل من توفر الأدوات لقياس المسافات فعلياً وبالتالي إثباتها.

 

تم تقسيم علماء الفلك في أوائل العشرينات، على الرغم من أن البعض استنتج أن السدم الحلزونية كانت في الواقع أنظمة نجمية خارج المجرة، إلا أن هناك أدلة على إقناع الكثيرين بأن هذه السدم كانت عبارة عن غيوم محلية من المواد وربما أنظمة شمسية جديدة في طور التكوين.

 

أهم مشكلات دراسة المجرات الفلكية:

 

مشكلة غيوم ماجلان: من المعروف الآن أن أقرب المجرات الخارجية هي سحابة ماجلان وهما جسمان غير منتظمان غير مكتملين مرئيان في سماء نصف الكرة الجنوبي، لسنوات عديدة لم يتمكن معظم الخبراء الذين اعتبروا غيوم ماجلان على أنها أجزاء من نظام مجرة ??درب التبانة منفصلة عن التيار الرئيسي من دراستها بسبب موقعهم، (كلا سحابة ماجلان تقعان في أقصى الجنوب بحيث لا يمكن رؤيتهما من معظم خطوط العرض الشمالية).

 

على ذلك فإن الأشكال غير المنتظمة للأجسام ونجومها الزرقاء الحارة العديدة وتجمعات النجوم وسحب الغاز جعلتها بالفعل تشبه مجرة ??درب التبانة الجنوبية، كان عالم الفلك الأمريكي هارلو شابلي الذي اشتهر بعمله البعيد المدى على حجم وبنية مجرة ??درب التبانة من أوائل من قدّروا أهمية سحابة ماجلان من حيث طبيعة السدم الحلزونية، ولقياس مسافة السحب استخدم علاقة اللمعان (P-L) التي اكتشفها هنريتا ليفيت من مرصد كلية هارفارد.

 

في عام 1912 وجد ليفيت أن هناك ارتباطاً وثيقاً بين فترات النبض (التغيرات في الضوء) واللمعان (السطوع الجوهري أو المطلق) لفئة من النجوم تسمى متغيرات (Cepheid) في سحابة ماجلان الصغيرة، ومع ذلك كان اكتشاف ليفيت ذا قيمة عملية قليلة حتى توصل شابلي إلى معايرة السطوع المطلق للنجوم النابضة التي تشبه إلى حد بعيد (Cepheids) ما يسمى متغيرات (RR Lyrae).

 

ومع هذا الشكل الكمي لعلاقة (P-L) كان قادراً على حساب المسافات إلى غيوم ماجلان وتحديد أنها كانت على بعد 75000 سنة ضوئية من الأرض، ومع ذلك استمرت أهمية الغيوم في مراوغة العلماء في ذلك الوقت، وبالنسبة لهم لا تزال هذه الأشياء تبدو وكأنها بقع شاذة وغير منتظمة من مجرة ??درب التبانة أبعد مما كان يعتقد في البداية، ولكنها ليست كافية لتسوية مسألة طبيعة الكون.

 

نوفا في سديم أندروميدا: أعاق خطأ مؤسف في التعرف على المجرة القريبة الأكثر سطوعاً في السماء الشمالية (سديم أندروميدا) المعروف أيضاً باسم (M31)، في عام 1885 ظهر نجم لامع لم يكن مرئياً من قبل بالقرب من مركز (M31) وأصبح تقريباً ساطعاً بدرجة كافية ليتم رؤيته بدون تلسكوب، عندما تلاشى ببطء مرة أخرى قرر علماء الفلك أنه يجب أن يكون نوفا (نجماً جديداً) مشابه لفئة النجوم المؤقتة التي توجد بشكل متكرر نسبياً في الأجزاء المكتظة بالسكان من مجرة ??درب التبانة.

 

إذا كان الأمر كذلك (كما قيل) فإن سطوعها غير العادي يجب أن يشير إلى أن (M31) لا يمكن أن يكون بعيداً جداً، وبالتأكيد ليس خارج النظام المحلي للنجوم، تم تعيين (S Andromeda) وفقاً لنمط المصطلحات المطبقة على النجوم ذات السطوع المتغير، وكان هذا المستعر المفترض حجة قوية لصالح الفرضية القائلة بأن السدم هي كائنات قريبة في مجرة ??درب التبانة.

 

بحلول عام 1910 كان هناك دليل على أن أندروميدا ربما تم تحديدها بشكل خاطئ، وتم التقاط صور عميقة لـ (M31) باستخدام تلسكوب مرصد جبل ويلسون الذي تم الانتهاء منه حديثاً والذي يبلغ طوله 152 سم (60 بوصة)، وكان علماء الفلك في المرصد وخاصة (JC Duncan وGeorge W)، التعرض الذي بدا أيضاً أنه يتصرف مثل المستعرات، ومع ذلك كانت هذه الأجسام أخف بحوالي 10000 مرة من أندروميدا (S)، إذا كانت مستعرة عادية فلا بد أن (M31) تبعد ملايين السنين الضوئية، ولكن بعد ذلك أصبحت طبيعة أندروميدا (S) سؤالاً صعباً.

 

أدى الانتهاء من التلسكوب الذي يبلغ قطره 254 سم (100 بوصة) على جبل ويلسون في عام 1917 إلى سلسلة جديدة من الصور التي التقطت حتى أجساماً باهتة، تم العثور على المزيد من المستعرات في (M31) بشكل رئيسي من قبل ميلتون (إليوماسون) الذي كان مساعداً في ذلك الوقت لإدوين هابل أحد علماء الفلك البارزين حقاً في ذلك الوقت، درس هابل في النهاية 63 من هذه النجوم وأثبتت النتائج التي توصل إليها أنها واحدة من الحلول النهائية للجدل.