وزن المجرة: كل ما تحتاج معرفته

وزن المجرة 

من أهم المعلومات:

• تحتوي المجرة على أربعة أجزاء، وهي:^[١]
• الانتفاخ المركزي (The Bulge).
• القرص (Disk)، ويتكون هذا القرص من جزأين، أحدهما رقيق والآخر كثيف.
• الإكليل (Bar).
• الهالة (Halo).
• تتكوّن الأجزاء الثلاثة الأولى من الباريونات، وهي جسيمات تتكوّن من البروتونات والنيوترونات، أمّا الهالة فهي تتكوّن من مواد معتمة، وتُحدد نسبة الكتلة الباريونية في الهالة اعتمادًا على كمية المادة المعتمة.
• تشكّل المادة المعتمة في المجرّات لغزًا للعلماء، فهي تتفاعل بشدة مع الجاذبية، وبشكل أضعف مع الضوء، ويعود سبب تواجد هذه المادة المعتمة بسبب الحركة الدورانية للمجرّة.
• في حال اعتبرنا أنّ المادة المعتمة تتركز في المنتصف، فإن السرعة في المناطق الخارجية ستكون أبطأ من السرعة بالقرب من المركز، لكنّ هذا الكلام لا ينطبق على المجرة، فهي تمتلك سرعةً ثابتةً عند المركز والطرف، وهو ما يفسّر وجود مادة منتشرة في كل المواقع، والتي تم إرجاعها لوفرة المادة المعتمة فيما بعد، لكنّ طبيعة عدم تفاعلها مع الضوء جعل من قياسها وتحديد وزن المجرة أمرًا صعبًا.
• تكمن أهمية تحديد وزن المجرة في نقطتين؛ وهما:
• يساعد قياس وزن المجرة في وصف مكونات المجرة ونموّها على مر الزمان، وبالتالي يمكن تحديد موقعها في الكون بشكل أوضح.
• تساهم في فهم الديناميكا السابقة والمستقبلية للتيارات النجمية.

كيفية حساب وزن المجرة

توالت محاولات العلماء في اعتماد الطرق لقياس أوزان المجرات، من أهم هذه الطرق:

• الزخم الزاوي: يعتمد الباحثون عادةً على مواقع المجرات وسرعاتها لتقدير الكتلة، ولكنْ مؤخرًا تم اللجوء لطريقة أخرى ترتبط بالزخم الزاوي (Angular Momentum)، وتدور المجرات بمدار إهليلجيّ الشكل، وتختلف سرعتها بشكل صغير جدًا حسب موقعها إن كانت قريبةً أو بعيدة، لكنّ الزخم الزاوي يبقى ثابتًا ولا يتأثر، وفي بحث نشره فريق من جامعة أريزونا وكامبردج عن موضوع قياس وزن المجرة، يشبّه المؤلف إيكتا Ekta Patel المبدأ المعتمد قائلاً: "تخيل متزلجةً على الجليد تقوم بالدوران، وأثناء بسطها ليديها فإنها ستدور بشكل أسرع، وهذا يعني أن سرعتها تتغير، ولكن الزخم الزاوي الخاص بها يبقى ثابتًا خلال مدة العرض كاملة"، وبالاعتماد على هذه الطريقة، قام العلماء بقياس الحركة ثلاثية الأبعاد لخمسين قمرًا لمجرة درب التبانة، والتي ساهمت فيما بعد في قياس وزنها.^[٢]
• مسبار غايا (Gaia Spacecraft): استُخدمت بيانات هذا المسبار الذي أُطلق عام 2013 ميلاديًا لدراسة ووصف حركة النجوم في مساراتها في المجرة، ووضع خريطة نموذجية للمجرة،^[٣] ومن خلال دمج 34 من العناقيد الكروية المختلفة التي تبعد 65 ألف سنة ضوئية، وقاموا بدمجها مع بيانات تلسكوب هابل (Hubble Telescope) التي رصدت 12 مجموعة أخرى، تمكن العلماء من تحديد كتلة مجرة درب التبانة، التي ما كانت لتحدّد لولا دمج البيانات من هذين المرصدين سويًا.^[٤]

وزن مجرة0

من أهم المعلومات:^[٢][٤]

• حاول العلماء في البداية قياس وزن المجرة من خلال الاعتماد على قوانين إسحاق نيوتن الموضوعة منذ أكثر من ثلاثة قرون، والتي تفيد أن السرعة والمسافة التي يدور فيها جسم أصغر حول جسم أكبر ترتبط بكتلة الجسم الأكبر، كما حاول العلماء استخدام الحواسيب الفائقة التي يمكنها استنساخ عدة مواقع من الكونِ، والتي من خلالها تم قياس وزن مجرة درب التبانة وبعض المجرات المجاورة.
• وجِد أنّ وزن مجرة درب التبانة يساوي 960 مليار ضعف وزن الشمس، لكنّ هذه القراءة غير دقيقة بشكل كامل، وتحتمل هامشًا من خطأ.
• استمرت محاولات العلماء على مدى عقود لقياس وزن مجرة درب التبانة، ثمّ وُجد أنّ أدق وزن للمجرة تم قياسه من خلال دمج قراءات مسبار غايا مع نتائج تلسكوب هابل، وتم الاستنتاج أن وزن المجرة يبلغ 1.5 تريليون مرة من وزن الشمس.
• لا يمكن الجزم بنسبة كاملة أنّ هذا القياس دقيق، وذلك لأن قياس المواد المعتمة والتي تشكّل أكثر من 90% من وزن المجرة ليس دقيقًا بما يكفي من خلال أي وسيلة موجودة بعد.