ما هي المجرة القرصية
المجرات القرصية (بالإنجليزية: Disc Galaxy) هي نوع من المجرات التي تتميز عن غيرها بقرص، وهو عدد من النجوم التي تدور حول المركز بشكل مسطح، هذه المجرات قد تحتوي أو لا تحتوي في مراكزها على منطقة شبيهة بالقرص (حويصلة مجرية).
المجرات القرصية تشتمل على:
المجرات الحلزونية.
المجرات الحلزونية غير المخططة أو غير المنتظمة.
المجرات الحلزونية المخططة.
المجرات الحلزونية المتوسطة.
المجرات المحدبة.
تعريف المجرة
المجرات عبارة عن أنظمة مترامية الأطراف من الغبار والغاز والمادة المظلمة ، وتوجد من مليون إلى تريليون نجمة متماسكة معًا بواسطة الجاذبية في كل مكان، ويُعتقد أن جميع المجرات الكبيرة تقريبًا تحتوي أيضًا على ثقوب سوداء فائقة الكتلة في مراكزها، وفي مجرتنا ، درب التبانة ، الشمس هي مجرد واحدة من حوالي 100 إلى 400 مليار نجم تدور حول القوس A *، وهو ثقب أسود فائق الكتلة يحتوي على كتلة تصل إلى أربعة ملايين شمس.
كلما نظرنا أعمق في الكون ، كلما رأينا المزيد من المجرات، وقدرت إحدى الدراسات لعام 2016 أن الكون المرئي يحتوي على مليوني مجرة أو مليوني مليون، وبعض هذه الأنظمة البعيدة تشبه مجرتنا درب التبانة ، بينما البعض الآخر مختلف تمامًا.
المجرة هي نظام جاذبية خاص بالنجوم ، أو بقايا النجوم ، والغاز بين النجوم والغبار والمادة المظلمة، وكلمة مجرة مشتقة من المجرات اليونانية (γαλαξίας) ، ومعناها الحرفي “حليبي” ، إشارة إلى درب التبانة، وتتراوح المجرات في الحجم من الأقزام التي تحتوي على بضع مئات من ملايين النجوم (108) فقط إلى العمالقة بمائة تريليون (1014) نجمة ، وكل منها يدور حول مركز كتلة مجرته، ويتم تصنيف المجرات وفقًا للتشكيل البصري لها فمنها ما يوجد على شكل بيضاوي أو حلزوني ، أو غير منتظم.
ويعتقد أن العديد من المجرات لديها ثقوب سوداء هائلة في مراكزها، والثقب الأسود المركزي لدرب التبانة ، والمعروف باسم القوس A * ، له كتلة أكبر بأربعة ملايين مرة من الشمس، وذلك اعتبارًا من مارس 2016 ، تعد GN-z11 أقدم وابعد مجرة تمت ملاحظتها على مسافة 32 مليار سنة ضوئية من الأرض ، وقد لوحظت بعد 400 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم.
وهناك العديد من المجرات غير مجرتنا، وهناك الكثير لا يمكننا حتى عدهم جميعًا حتى الآن، وإذا نظرت إلى رقعة صغيرة من الفضاء لمدة 12 يومًا ووجدت 10000 مجرة من جميع الأحجام والأشكال والألوان، ويعتقد بعض العلماء أنه يمكن أن يكون هناك عدد من المجرات في الكون لا متناهي.
المجرة القرصية
ويشمل مصطلح “مجرات القرص” جميع أنواع المجرات التي تحتوي على أقراص بارزة، وتشمل هذه المجرات الحلزونية (أنواع هابل Sa-d و Sm) والمجرات S0 (المعروفة باسم المجرات العدسية)، وتحتوي أقراص المجرات الحلزونية على الغاز والنجوم، ومن ناحية أخرى ، تتكون أقراص المجرات S0 بالكامل تقريبًا من النجوم (أي لا يوجد غاز أو غبار في القرص).
كما تختلف المجرات القرصية في حجمها من المجرات القزمة ذات كتل من مليار كتلة شمسية فقط ، إلى المجرات الحلزونية الكبيرة أو المجرات S0 ذات كتل من 1000 مليار كتلة شمسية، وغالبًا ما تعاني هذه المجرات من عدم استقرار الجاذبية الذي يتسبب في تكوين القضبان و الأذرع الحلزونية – مما يجعلها بعضًا من أكثر المجرات المتنوعة والأكثر إثارة للاهتمام في الكون.
عمومًا ، تدور النجوم الموجودة في أقراص المجرات في نفس الاتجاه على مسارات دائرية تقريبًا، وبالتالي يتم دعم الأقراص ضد الجاذبية الذاتية عن طريق الدوران، أما الشمس فهي نفسها نجمة القرص ، تستغرق حوالي 220 مليون سنة لإكمال مدار واحد حول مركز المجرة.
كما يوفر قياس منحنيات دوران المجرات القرصية دليلًا قويًا على وجود المادة المظلمة ، حيث أن سرعات الدوران في المناطق الخارجية للمجرات سريعة جدًا لدرجة أنه بدون مكون إضافي غير مرئي ، فإن المجرات تتطاير.
لماذا يتشكل قرص المجرات
أرى المجرات دائمًا في شكل “قرص” في الصور، وهناك حركة دورانية على مستوى النظام والنظام متوازن بواسطة قوة الجاذبية الشديدة التي تمنع النجوم من القفز من المجرة.
لم أر قط نجمة على شكل قرص، لأن النجم ليس سوى كتلة غير صلبة أصغر بكثير وتدور حول محور ، تمامًا مثل المجرات.
هل الحجم مهم؟ ما الذي يصنع الفرق؟ لماذا لا تتشكل مجرة نموذجية في شكل كروي بدلاً من شكل قرص؟ وهذا ما يجعلنا مناقشة الفرق بين النجمة والمجرة.
الفرق بين النجم والمجرة
يرجى ملاحظة أنه حتى لو لم تكن النجوم والمجرات صلبة ، فهناك فرق كبير للغاية بينهم فمثلاً:
النجم عبارة عن جسم مضغوط من البلازما ، مع الضغط.
في حين أن المجرة عبارة عن فراغ كبير من الذرات المتناثرة للغاية مع بعض الغيوم والنجوم الصغيرة جدًا ، لذلك إنه ليس مثل المدمجة.
كيف تعمل المجرات القرصية
تحتوي المجرات القرصية مثل مجرتنا درب التبانة ، التي تتميز بقرص مسطح من النجوم والغاز (غالبًا مع انتفاخ مركزي للمادة أيضًا) على مجموعة واسعة من الكتل ، والنطاقات المكانية ، والمحتوى النجمي. ومع ذلك ، تشترك جميع المجرات القرصية سواء محليًا وفي الكون البعيد ، ببعض الخصائص المتشابهة بشكل لافت للنظر.
أكثر ما يلفت الانتباه هو أن معدل تكوين النجوم يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمحتوى الغاز في المجرة ، وحركات الغاز أي “تشتت السرعة”، والعمر الديناميكي (تقريبًا ، الوقت الذي تستغرقه المجرة للدوران مرة واحدة)، علاوة على ذلك ، فإن هذا المعدل العالمي الغريب صغير بشكل ملحوظ ويبلغ حوالي واحد بالمائة فقط من الغاز في المجرات القرصية يتحول إلى نجوم خلال هذا النطاق الزمني ، مع تركيز معظم النشاط في المناطق المركزية للمجرات.
وتتنبأ معظم النماذج البسيطة لتكوين النجوم بأن الجاذبية يجب أن تكون أكثر فعالية في تكوين النجوم لأنها تضغط الغاز في السحب الجزيئية، وتشير الملاحظات إلى أن كلا من الارتباطات وعدم الكفاءة تمتد إلى حجم السحب الجزيئية الفردية.
وقد طور علماء الفلك في كلاً من CfA Blakesley Burkhart و John Forbes وزملاؤه نموذجًا موحدًا جديدًا لأقراص المجرة يشرح هذه الظواهر وبعضها الآخر إلى جانب ذلك، ويُظهر العلماء أن ارتباط معدل تكوين النجوم بحركة الغاز ليس ناتجًا عن هذه الحركات ، بل هو نتيجة لنقل المواد داخل المجرة ، مما يؤثر على كليهما.
ويحافظ النموذج على حالة توازن الغاز واستقرار الجاذبية الهامشي من خلال تضمين النقل الشعاعي للغاز في النواة في المجرة وكذلك ردود الفعل المضطربة من تكوين النجوم.
وهذان الاعتباران واضحان نسبيًا من حيث المبدأ ولكنهما ينتجان تحسنًا كبيرًا في الاتفاق بين الملاحظات والنظرية ، على سبيل المثال من خلال شرح كيفية حدوث الإخماد النهائي لتشكيل النجوم، ويقدم العمل الجديد أيضًا تفسيرًا طبيعيًا للعصور الكونية التي تبني فيها المجرات انتفاخات وأقراصًا.
لمحات سطحية أسية
تعد اللمحات السطحية أسية تحتوي أقراص المجرة على ملفات تعريف سطوع السطح التي تتبع الوظائف الأسية عن كثب في كلا الاتجاهين الشعاعي والرأسي.
الملف الشعاعي
الملف الإشعاعي يتبع المظهر الشعاعي للسطوع السطحي للقرص المجري لمجرة قرص نموذجية (يتم عرضها وجهًا لوجه) تقريبًا دالة أسية:
طول المقياس
طول المقياس هو نصف القطر الذي تكون فيه المجرة عامل e (~ 2.7) أقل سطوعًا مما هي عليه في مركزها، ونظرًا لتنوع أشكال المجرات وأحجامها، لا تتبع جميع الأقراص المجرية هذا الشكل الأسي البسيط في ملفات تعريف السطوع الخاصة بها. تم العثور على بعض المجرات تحتوي على أقراص وملفات تعريف أصبحت مقطوعة في المناطق الخارجية.
نموذج تطور مجرات القرص درب التبانة
في الوقت الحاضر ، تتجاوز معرفتنا بالخصائص الحالية للمجرات القريبة ، بما في ذلك درب التبانة بشكل خاص ، قدرتنا على نمذجة التطور السابق لهذه الأنظمة، والعمل إلى الأمام في الوقت المناسب بدءًا من نموذج كوني معقول والحوسبة من خلال طرق البدء ، والتطور في الدقة المكانية العالية هو هدف تسعى إليه العديد من فرق البحث، و قد تكون ناجحة في نهاية المطاف.
ومع ذلك ، فإن المشروع معوق بسبب اثنين من أوجه القصور التي يحتمل أن تكون معوقة مثل: الدقة العددية غير الكافية والتمثيل غير الكافي للعمليات المادية الهامة.
خصائص مجرة درب التبانة و المجرة القرصية
توزيع كتلة سطح القرص أسي ومنحنى الدوران مسطح، وذلك باستخدام هذه الخصائص وغيرها من المجرات القرصية العادية، نرى ما إذا كان بإمكاننا بناء تطور سابق ينتهي في هذه الحالة ويتسق مع معرفتنا بعلم الكونيات.
ثم يمكننا مقارنة النتائج بمعرفتنا التفصيلية للمجرة ، وتوزيع العصور النجمية والمعادن ، لمعرفة ما إذا كان مسارنا التطوري الافتراضي يتماشى مع الحالة المرصودة الحالية
ويحتاج نموذج تطور مجرة القرص، الموصوف إلى ثلاث معلمات إدخال وهم:
الطول التدريجي الحالي لكامل توزيع كثافة سطح القرص rd (t0) .
وكثافة السطح المركزي للقرص (d (t0) .
والدائري السرعة vc (t0) (يفترض أنها مسطحة).
الفرق بين مجرة درب التبانة والمجرة القرصية
هذا النهج له مزايا وعيوب وإذا اعتبرنا درب التبانة مجرة حلزونية نموذجية مبكرة ، فإن أي نموذج ناجح يجب أن يكون قادرًا على إعادة إنتاج الخصائص الإجمالية لقرصها.
على وجه الخصوص ، يجب أن يكون النموذج قادرًا على إعادة إنتاج البيانات من الجوار الشمسي الذي يعتمد بشكل أساسي على تكوين النجوم الماضي المتكامل، مثل كثافة الغاز والكتلة السطحية النجمية ومعدني الغاز والنجوم.
كما هناك عدد من الخصائص الأخرى ستعتمد مثل اللون بشكل مباشر على تاريخ تكوين النجوم الحديث جدًا وقد لا تكون نموذجية للخصائص المتوسطة للمجرات اللولبية من النوع المبكر.
تعاني قياسات الخصائص العالمية لدرب التبانة ، مثل كتلة القرص الإجمالية واللمعان الكلي ، من أخطاء ملاحظة كبيرة. لذا يمكن أن يساعد النموذج في تقييد البيانات ، نظرًا لأنها تتوافق مع ملاحظات الأحياء الشمسية.
توزيع النجوم والغاز
من المفترض أن يتبع القرص النجمي لدرب التبانة ملف تعريف كثافة سطحية أسية على نطاق واسع في نصف القطر.
وتقع قياسات الطول في النطاق rd ، * ≈ 2.5–3.5 kpc .
وتشير تقارير التحقيقات الأحدث إلى القيم المذكورة أعلاه وكذلك أدناه 3 كيلوبايت ، على سبيل المثال تحسب النجوم من مسح ثنائي السماء لكل ميكرون (2MASS) ≈3.3 kpc (López-Corredoira et al.2002) بينما الحصول على .752.75 كيلوبت في الثانية بناءً على ملاحظات تلسكوب هابل الفضائي المباشر (HST) للنجوم M.
بالنسبة للنموذج المعروض في هذه الورقة ، فإننا نفترض قيمة محافظة لـ rd ، * = 3 kpc.
يجد العديد من المؤلفين أن ملف التعريف الأسي لا يتناسب مع الأجزاء الخارجية للمجرة، بل وجدوا حافة (الابتعاث النجمي المقطوع) عند 4-6 كيلوبايت من الشمس، ومع ذلك لم تجد أي علامة على قطع في القرص النجمي عند نصف قطر r <15 kpc.
وتشير الملاحظات من مجرات القرص الأخرى بوضوح إلى تغير مفاجئ في منحدر المظهر الجانبي النجمي في أكثر من 60 في المائة من مجرات القرص المرصودة عند نصف قطر يبلغ حوالي ثلاثة إلى أربعة أضعاف طول مقياس القرص، وقد اقترح أيضًا أن القرص المجري قد يحتوي على ثقب داخلي
