قرار ملاقات کهکشان ما با نابودی

حدود5 میلیارد سال بعد، راه شیری با همسایه اش - کهکشان آندرومدا - برخورد خواهد کرد. پس از این برخورد، آسمان شب چگونه خواهد بود؟
کهکشان ما، راه شیری ونزدیک ترین همسایه ی بزرگ آن، کهکشان آندرومدا (M31) ، در مسیر برخورد با یکدیگر قرار دارند. میلیاردها سال بعد، ادغام این دو کهکشان، ساختار هر دو آن ها را دگرگون خواهد کرد و آرایش جدیدی از ستارگان را به وجود خواهد آورد که ما آن را میلکومدا (ترکیب شده از نام هر دو کهکشان) نامیده ایم. این ادغام، آسمان شب را به طور اساسی دگرگون خواهد کرد. اما آن را به چه شکلی درخواهد آورد؟
اکنون، قرص نازک گاز و ستاره های راه شیری به صورت نوار ابر مانندی از یک سوی آسمان تا سوی دیگر آن به شکل کمانی کشیده شده است. با برخورد خراشان آندرومدا با راه شیری، نوار دومی از ستاره ها به نوار فعلی، که در هنگام تابستان زینت بخش آسمان شب است، ملحق خواهد شد. پس از ادغام نهایی، ستارگان دیگر به دو نوار باریک محدود نخواهند بود، بلکه در سراسر آسمان پراکنده خواهند شد.
ما در تحقیقات خود، با شبیه سازی تولد میلکومدا در یک اَبررایانه، به بررسی سرانجام راه شیری پرداختیم. این شبیه سازی ها از چنان دقتی برخوردارند که می توانیم درباره ی این ادغام پیش رو و این که چگونه چشم انداز ما از عالم را تغییر خواهد داد، مطالب زیادی بیاموزیم. اگرچه ما هنگام این رویداد این جا نخواهیم بود تا شاهد آن باشیم - یا مسئولیتی را در قبال دقیق از آب درآمدن پیش بینی هایمان بپذیریم - این نخستین پژوهش در زندگی حرفه ای ماست که تا 65 میلیارد سال دیگر هم کسی ما را بازخواست نخواهد کرد.

گروه محلی
 
وسعت آسمان شب ممکن است این فکر را القا کند که راه شیری در بخش نسبتاً دوردستی از عالم به سر می برد. اما اخترشناسان می دانند که راه شیری دومین کهکشان از نظر بزرگی در گروه محلی کهکشان هاست؛ پس از آندرومدا که بزرگ ترین عضو این گروه است. این کهکشان تا حدّی بیشتر از راه شیری جرم دارد، در فاصله ی حدوداً 2/5 میلیون سال نوری از ما واقع شده است و در آسمان شمالی با چشم برهنه دیده می شود. بقیه ی اعضای گروه محلی - شامل ده ها کهکشان - دسته ای از کهکشان های اقماری بیشتر کوچک هستند.
هر گروه کهکشانی از دو یا چند کهکشان پُر جرم نسبتاً نزدیک به هم تشکیل می شود. تراکم کهکشان هایی که گروه ها را تشکیل می دهند حاکی از آن است که آن ها به طور گرانشی به هم وابسته اند و به لحاظ دینامیکی با هم جفت شده اند. به زبان ساده، یعنی کهکشان ها به صورت گرانشی یکدیگر را جذب می کنند و بنابراین تغییر در هر کدام، سرانجام دیگری را تحت تأثیر قرار خواهد داد.
شواهد و مدارک ارتباط دینامیکی میان راه شیری و آندرومدا از حرکت های نسبی آن ها به دست می آید. این دو کهکشان با سرعت تقریبی 190000 کیلومتر بر ساعت در حال حرکت به سوی هم هستند. علت این که ما این مطلب را می دانیم آن است که خطوط طیفی نور آندرومدا به خاطر اثر دوپلر انتقال به آبی نشان می دهند - یعنی به طرف انتهای آبی طیف جابه جا شده اند. در حالی که بیشتر کهکشان های عالم در حال دور شدن از راه شیری هستند.

زمان اهمیت دارد
 
در حدود 50 سال پیش، فرانتس کان و لودویک ولتیر پیشگام «استدلال زمانی» شدند. بنابراین فرضیه، راه شیری و آندرومدا در مراحل ابتدایی و متراکم عالم نزدیک به یکدیگر شکل گرفتند. سپس، انبساط عمومی عالم دو کهکشان همسایه را از هم جدا کرد. بعدها راه شیری و آندرومدا بر اثر جاذبه ی گرانشی متقابلشان مسیرهای دور شونده ی خود را معکوس کردند. از آن زمان تا کنون آن ها تقریباً یک دور کامل به دور هم گردش کرده اند.
ترکیب استدلال زمانی با برآورد سرعت های نسبی دو کهکشان و نیز عوامل دیگر، نشان می دهد که جرم کل گروه محلی حدود 3 تریلیون برابر جرم خورشید است. این استدلال همچنین حاکی از آن است که راه شیری و آندرومدا در حدود 4 میلیارد سال دیگر از نزدیک هم عبور خواهند کرد.
کار کان و ولتیر الهام بخش نسلی از بررسی ها بود که محدوده ی جرم گروه محلی را بیشتر مشخص کرد و ویژگی های مهمی از مدار آندرومدا، مانند انرژی کل حرکت آن را آشکار کرد. اما استدلال زمانی این قابلیت را ندارد که دینامیک پیچیده ی ادغام کهکشان های گسترده را دنبال کند. بنابراین نمی تواند آرایش آینده ی گروه محلی را پیش بینی کند. اخترشناسان برای فرآیندهایی به پیچیدگی ادغام کهکشان ها، نیاز به ابزارهای قوی تری دارند.

شبیه سازی گروه محلی
 
شبیه سازی های عددی در درک فرآیندهایی که پیچیده تر از آن هستند که با مداد وکاغذ حل شوند، ضروری است. مثلاً در ادغام کهکشان ها، تأثیر ساده ی گرانش است که کهکشان ادغام شده را شکل می دهد. اما صرفاً تعداد اتم ها (ذراتی) که در طول زمان با یکدیگر بر هم کنش می کنند، شبیه سازی این ادغام را بدون توان محاسباتی و رایانه ای بسیار بالا دشوار یا ناممکن می سازد.
برای شبیه سازی تکامل گروه محلی، نخست مدلی ریاضی را که توصیف کننده ی وضعیت فعلی آن باشد ایجاد می کنیم. این کار برای راه شیری و آندرومدا سر راست است. چندین دهه رصد به ما امکان می دهد مقدار گاز، ستاره ها و بقیه ی مواد مربوطه را برآورد کنیم. می توانیم یک برآورد جرم قابل قبول در مورد کهکشان راه شیری و آندارومدا، کاملاً فراتر از بخش درونی قابل رویت هر کهکشان داشته باشیم.
اما جرم کل راه شیری و آندرومدا همچنان کم تر از تقریباً هر عددی است که استدلال زمانی به دست می دهد. این امر مستلزم آن است که جرمی اضافه در گروه محلی وجود داشته باشد. این جرم گمشده، محیط میان کهکشانی پراکنده و پخش شامل اتم ها، گاز و غبار میان کهکشان هاست. کهکشان ها صرفاً بخش های قابل رویت ماده هستند. مقدار زیادی از جرم به آسانی آشکار نمی شود.

وقتی کهکشان ها برخورد می کنند
 
شبیه سازی های کامل معمولاً نیاز به دو هفته پردازش اعداد دارند. این کار نیاز به قدرتی معادل 16 رایانه ی رومیزی دارد.
از اوایل اخترشناسی، کهکشان های در حال ادغام به خاطر شکل های غیر عادی و پیچیده شان، اجرامی عجیب قلمداد شده اند. اما اخترشناسان اکنون می دانند که فرآیند ادغام، روند تکامل کهکشانی را به طرز قابل توجهی پیش می برد. ادغام کهکشان ها، موجی از شکل گیری ستاره ها را به راه می اندازد، هسته های کهکشانی درخشان (اختروش ها) را متولد می کند و کهکشان های مارپیچی را به کهکشان های یکنواخت کروی یا بیضوی تبدیل می کند.
یکی از مشخصه های برهم کنش های کهکشانی، ظاهر شدن جریان های طویلی از ستاره ها و گاز است که از یکی یا هر دو کهکشان شرکت کننده در فرآیند ادغام به بیرون کشیده می شود و امتداد می یابد. ما معمولاً به این اجزاء، دنباله های کشندی می گوییم. آن ها از نیروهای گرانشی قوی ای که بین کهکشان های در حال ادغام در کارند، ناشی می شوند. همچنان که این دنباله ها شکل می گیرند، ستاره ها و گاز را از کهکشان میزبان جدا کرده و آن ها را به فضای میان کهکشانی پرتاب می کنند.
با تکامل گروه محلی، راه شیری و آندرومدا بر اثر گرانش متقابلشان شروع به تأثیرگذاری دینامیکی بر یکدیگر خواهند کرد. در نتیجه این امکان وجود دارد که خورشید - و زمین و سایر سیاره ها - به درون دنباله ای کشندی کشیده شوند. در طول این دوران، مشاهده گران آسمان یکی از بی همتاترین چشم اندازهای قابل تصور را خواهند داشت. همان طور که کهکشان ما رقص گرانشی خود را با آندرومدا تجربه می کند، پاره های راه شیری بخش بزرگی از آسمان شب را فرا خواهد گرفت.
از آن جا که فقط بخش کوچکی از جرم یک کهکشان سر از دنباله ی کشندی آن در می آورد، این محتمل تر است که خورشید سفری آرام تر را در پیش رو داشته باشد. بیشتر ستاره ها در کهکشان های در حال ادغام نسبتاً نزدیک به کهکشان میزبان خود باقی می مانند. بر اساس شبیه سازی های ما، احتمال این که خورشید به ناحیه ای پرت، مانند دنباله ی کشندی، تبعید شود نسبتاً کم است.

برگشتن بخت
 
مدار آرام خورشید به دور مرکز راه شیری - که از زمان تولدش نزدیک به 20 بار آن را طی کرده است - تغییری ابدی خواهد کرد. مسیر جدید آن به خاطر افت و خیزهای سریع گرانشی که بر اثر ادغام ایجاد شده است، بسیار آشفته تر خواهد بود. این مسئله چه مفهومی برای زمین و ساکنان آن دارد؟
پژوهش ما حاکی از آن است که راه شیری و آندرومدا حدود 2 میلیارد سال دیگر شروع به برهم کنشی شدید خواهند کرد و فرآیند ادغام را در حدود 5 میلیارد سال دیگر کامل خواهند کرد. این رقم 5 میلیارد سال به طور خاص قابل توجه است چون با طول عمر باقی مانده ی خورشید برابر است. در حال حاضر خورشید نیمی از عمر خود را سپری کرده و سرانجام شروع به انبساط خواهد کرد. در این زمان، خورشید همه ی هیدروژن موجود در دسترس اش را مصرف می کند و ظرف 5میلیارد سال به مرحله ی غول سرخی وارد خواهد شد. به طور خلاصه، خورشید در تولد میلکومدا در حال احتضار خواهد بود.
مرحله ی غول سرخی خورشید، برای حیات روی زمین وضعیت نسبتاً دشواری را ایجاد می کند؛ در واقع به پایان یافتن حیاتی که ما می شناسیم منجر خواهد شد. اما این، با امکان مسکونی کردن سیاره های قابل سکونت در اطراف ستاره ای نزدیک مغایرتی ندارد. بنابراین، این امکان وجود دارد که اخترشناسان آینده بتوانند بخشی، اگرنه کل، تکامل گروه محلی را که ما شبیه سازی کرده ایم ببینند.
اگرچه راه شیری و آندرومدا با هم ادغام خواهند شد، اما ستاره های درون دو کهکشان، از جمله خورشیدما، با هم برخورد فیزیکی نخواهند داشت. علت، فواصل فوق العاده زیاد میان ستاره ها در کهکشان هاست. به عنوان مثال اگر خورشید را به اندازه ی توپ پینگ پنگ در نظر بگیریم، نزدیک ترین ستاره (پروکسیما قنطورس)، توپ پینگ پنگ دیگری در فاصله ی تقریباً 1600 کیلومتری آن خواهد بود.

آرامگاه نهایی ما
 
مدار خورشید تا زمانی که ادغام خاتمه یابد، به صورت مسیری آشفته خواهد بود. در این زمان سیستم آرام خواهد شد و گسترش خواهد یافت و خورشید در درون کهکشان جدیدی اقامت خواهد گزید: میلکومدا. این کهکشان خیلی با راه شیری و آندرومدا تفاوت خواهد داشت. راه شیری و آندرومدا کهکشان هایی مارپیچی هستند که در آن ها بیشتر ستاره ها در یک قرص تجمع کرده اند و در مدارهای تقریباً دایره ای به دور مرکز کهکشان می گردند. در عوض، میلکومدا تقریباً کروی شکل خواهد بود و ظاهر آن بسیار یکنواخت تر و یکدست تر از هر کهکشان مارپیچی است. ستاره های درون میلکومدا از مدارهای پیچیده تری تبعیت خواهند کرد. ستاره ها، دوره های کوتاهی را نزدیک مرکز متراکم کهکشان خواهند گذراند، اما بیشتر اوقات بسیار دورتر از آن گردش خواهند کرد.
شکل کروی میلکومدا نامعمول نیست، بلکه مشخصه های رده ی عمده ای از اجرام به نام کهکشان های بیضوی است. چنین کهکشان هایی به طور معمول میزبان ستاره های نسبتاً پیر هستند. احتمالاً بسیاری از این کهکشان ها در کیهان امروز بر اثر ادغام میان قرص های کهکشانی شکل گرفته اند که در آن ها ستاره ها در دوره های قدیمی تر کیهان شکل گرفته بودند.
سرنوشت خورشید احتمالاً این خواهد بود که بیشتر زمانش را در اطراف و حومه ی کهکشان سپری کند. ادغام، تکانه (انرژی) مداری راه شیری و آندرومدا را در میان هر یک از ستاره های میلکومدا باز توزیع خواهد کرد. ستاره ها پس از ادغام تکانه ی بیشتری خواهند داشت و بنابراین در فاصله ی میانگین بزرگ تری به دور مرکز میلکومدا خواهند گشت.

سرنوشت گروه محلی در آینده ی دور
 
به علت انبساط شتابدار عالم، میلکومدا صرفاً آرامگاه نهایی ما نخواهد بود. صد میلیارد سال بعد، میلکومدا نماینده ی کل عالم قابل مشاهده ی ما خواهد بود.
ده ها میلیارد سال بعد، انبساط شتابدار فضا، تمام کهکشان های دوردست را از ما دورتر و دورتر خواهد برد. زمانی که آهنگ عقب رفتن هر کهکشان دوردستی از سرعت نور نسبت به ما بیشتر شود، نور آن نخواهد توانست فاصله و خلاً در حال انبساط را طی کند.
در چنین زمانی، دیگر نخواهیم توانست آن کهکشان ها را ببینیم. آن ها به تدریج از تیررس قوی ترین تلسکوپ ها محو می شوند. دیگر اخترشناسان قادر نخواهند بود به آسمان نگاهی بیندازند و کهکشان های دوردست را بررسی کنند تا درباره ی کهکشان ما مطالبی بیاموزند.
اما مقدمه و سرآغاز این سرنوشت غم انگیز بسیار سرگرم کننده وجالب توجه خواهد بود. در طی پنج میلیارد سال آینده، اخترشناسان آتش بازی ستاره ای را در یکی از عظیم ترین نمایش های تاریخ مشاهده خواهند کرد: تبدیل کهکشان راه شیری و آندرومدا به میلکومدا. بنابراین بنشینید و منتظر آغاز این نمایش باشید.

نویسنده: آبراهام لوئب و تی. جِی. کاکس
ترجمه: کیارا عباس زاده اقدم

منبع: نجوم، شماره 191