أدلة حديثة على كيفية تشكل مجرة درب التبانة

أدلة حديثة على كيفية تشكل مجرة درب التبانة
قامت مجرة درب التبانة بابتلاع الكثير من المجرات الصغيرة والآن تقدم المخلفات الكونية المتروكة من قبل المجرات الصغيرة فتوجد أدلة حديثة على كيفية تشكل المنطقة الكونية
( مجرة درب التبانة ) .
إن الطوق المتلالىء لمجرة درب التبانة فلقد مضت ( 4 قرون ) منذ أن وجه ( جاليليو ) منظاره للمرة الأولى نحو مجرة درب التبانة ولاحظ وجود لبنا فهى فى الحقيقة إلا عدد لا حصر له من النجوم المنفردة الباهتة الضوء فإن مجرة درب التبانة ما هى إلا واحدة من بلايين المجرات فى الكون .
فإن مجرة درب التبانة ليست مجرة واحدة فقد أظهرت دراسة حديثة أنها قامت بمضى الزمن بجذب وابتلاع العديد من المجرات الأصغر منها ودمج نجوم تلك المجرات فيها ويوجد على الأقل ( 20 مجرة قزمة ) يتراوح حجمها بين واحد فى المليون إلى واحد فى المئة من حجم درب التبانة وأنها تدور فى فلك مجرة درب التبانة الآن ومن المحتمل وجود عدة دستات منها لم تكتشف بعد .
ويعتقد أن الأقمار الصناعية ما هى إلا أجزاء صغيرة من تلك التى كانت موجودة من قبل وأن البقية تم سحبها لمجرة درب التبانة وامتصاصها منذ زمن طويل بفعل الجاذبية فقد بدأت بابتلاع المجرات عندما كانت مجرة درب التبانة أصغر سنا وحجما وهى مستمرة حتى الآن وحتى المجرات التابعة التى لا تزال موجودة فإنه يمكن ابتلاعها فى نهاية المطاف .
وبعد وقت طويل من إفناء ضحايا مجرة درب التبانة من المجرات الأصغر منها فتترك المجرات آثارا لها على شكل سيول وجداول ضخمة من النجوم باهتة الضوء حيث كشف حقل علمى جديد نسبيا سمى بعلم ( تاريخ المجرات البدائى ) العديد من السيول أو المواكب النجمية وإن علماء تاريخ المجرات على دراسة الآثار المتبقية والقادمة من ماضى مجرة درب التبانة للحصول على أدلة على كيفية نشوء وتكون وتطور المجرات الحلزونية
( Spiral galaxies ) .
فمن المنطقى دراسة المجرات من الخارج مثلما تتم دراستها من الداخل فيمكن الحصول على معلومات مفصلة لا يمكن التوصل إليها بفحص المجرات الأخرى فى الكون من الخارج من خلال الاستفادة من الرؤية القريبة والمحكمة من داخل درب التبانة / اللبانة / الطريق اللبنى / Milky Way .
ولقد ساعد الحقل العلمى الجديد على إثبات طريقة تنامى مجرة درب التبانة والمجرات الفتية واكتشاف العديد من المواكب النجمية الناشئة عن أقمار زالت منذ زمن طويل يدعم النظرية المتبناه على نطاق واسع والقائلة بأن مجرة درب التبانة بدأت صغيرة الحجم وتضخمت جزئيا بإضافة تكتلات على دفعات كبيرة بعملية ( تكون البنية الهرمية ) .





كيف تتكون المجرات ؟
تنص النظرية الهرمية لتكون المجرات على أن الدافع الرئيسى لنمو مجرات ضخمة مشابهة لدرب  التبانة ليست المادة ( الباريونية ) ( النجوم والغاز والغبار الكونيين ) والتى تتألف من الجسيمات دون الذرية فإن القوة الدافعة هالات ( Holes ) أو قضاءات ضخمة مكونة من مادة قاتمة ( الطاقة المظلمة ) غير مرئية والتى تحيط بالمجرات وتغمرها ويعتقد أن الهالات الصغيرة للمادة القاتمة التى تكونت أولا ثم تراكمت تدريجيا لتصبح هالات أكبر تدفع المجرات الكبيرة لابتلاع المجرات الأصغر منها .
فإن هالة المادة المظلمة ( Dark matter ) فلكل مجرة أكبر كتلة وأوسع انتشارا عدة مرات من المادة العادية المرئية فيجب اكتشاف ماهية المادة القاتمة والتى ليست مدركة إلا من خلال سحبها التثاقلى لأى شىء آخر فلدى العلماء بعض الثقة فى الرؤية المتعلقة بكيفية تجمع المادة لأن معدلات التجمع المرصود للمجرات وتفاعلاتها المتبادلة تنسجم مع النماذج الموضوعة لفرضية تراكم المادة القاتمة فالغموض الذى يكتشف تكون المجرات لا يكمن حقيقة فى المادة القاتمة بل فى المادة الباريونية العادية المكونة من جسيمات دون ذرية تتفاعل بطرلئق معروفة يمكن دراستها على الأرض .
وإن الطريقة التى تسهم بها المادة الباريونية فى نشوء وتطور المجرات من هالة المادة القاتمة فهذا الجسم يسحب مادة عادية بحالتها الغازية باتجاهه بفعل قوة الثقالة / الجاذبية
ويمكن للغاز المندفع نحو مركز الهالة عندما تتوفر ظروف ملائمة فى تشكيل النجوم وعندما يقترب بعض النجوم فى نهاية حياتها فإنها تنفجر وتعيد ذراتها إلى الغاز داخل المجرة وربما أبعد منها وغالبا ما تطلق جيلا آخر من النجوم التى تتكون من أى بقايا للغاز والغبار فتشكل القلب المركزى ( الانتفاخ ) لدرب التبانة وأذرعها اللولبية ( القرص ) .
فإن درب التبانة تحتوى على كرة ضخمة هالة مكونة من نجوم منتشرة تحيط بالانتفاخ والقرص وربما أتى كثير من النجوم متطفلا من مجرات قزمة دمرت قبل عهد بعيد وطبقا لنظرية ( التكون الهرمى لكيفية تشكل المجرات ) حيث تنضم النجوم للهالة فأثناء دوران مجرة قزمة فى مدارها حول درب التبانة فإنها تشعر بقوة الجاذبية ( قوة السحب التثاقلى )
للمجرة الكبيرة والتى تزداد قوة كلما اقترب القمر الصناعى من المجرة الأكبر وعندئذ تخضع المادة ( النجوم والغاز والغبار والمادة القاتمة ) المتموضعة على الجانب الأقرب لدرب التبانة لقوة جذب أكبر قليلا من التى تتعرض لها المادة الموجودة على الجانب الأبعد
فتستطيل المجرة القزمة على طول المستقيم الممتد بينها وبين المجرة التى هى أكبر منها وتتقدم الاستطالة بفعل قوى ( القوى المدية ) القوة الفيزيائية نفسها التى تدفع القمر ليتسبب بحوادث المد والجزر فى محيطات وبحار الأرض وللتفاعل المشترك بين الأرض والقمر فإن القوى المدية لدرب التبانة والمؤثرة فى أقمارها الصناعية ( Satellites ) يمكن أن تكون قوية بما يكفى لإزالة مادة من هذه المجرات وفى هذه الحالة يتم انتزاع النجوم من جسم المجرة القزمة وحالما تزال المادة تبقى النجوم فى قبضة قوة الجاذبية لدرب التبانة وتواصل مسيراتها فى مدارات فرعية تبتعد شيئا فشيئا عن مدارات المجرة الأم وبمرور الزمن يحدث الابتعاد الطفيف انتشارا متواصلا لبقايا الحطام التى يزداد انتشارها وابتعادها عن مجراتها الأصلية لتكون مواكب نجمية .
فقد بين اكتشاف العديد من المواكب النجمية أن درب التبانة بدأ منذ بلايين السنين بالتهام جيرانه عندما كان فتيا وأنه يواصل التهام المجرات القزمة فإن المواكب النجمية أتت من مجرات قزمة مرافقة ومعظمها كان حول مجرة درب التبانة فربما يحدث مثل هذه المواكب النجمية حول جميع المجرات اللولبية المشابهة مع أن تلك المواكب النجمية البعيدة ستكون أبهت من أن تكتشف عن بعد .
فإن العديد من تفاصيل عملية التكون الهرمى ما زالت غامضة ومنها :
متى ابتلع درب التبانة معظم أقمار المجرات ؟ وما هو معدل التهامه للمجرات القزمة ؟ وما هى المدة التى يستغرقها فى دمج نجومها ؟
للإجابة عن الأسئلة يتعين على الفلكيين إخضاع مزيد من المواكب النجمية لدراسة دقيقة وعميقة وكذلك بفايا المواكب النجمية الميتة .

التنقيب عن المجرات فى الكون
يبحث الفلكيون عن المواكب النجمية فى درب التبانة بطرائق متعددة :
1 ) البحث عن مجموعات من النجوم تبعد المسافة نفسها عن مجموعات من نجوم تبعد عن مجرة درب التبانة المسافة نفسها وتتجمع معا فى خيوط طويلة فنحن بحاجة لخريطة جيدة ثلاثية الأبعاد لنجوم مجرة درب التبانة تبين مسافات ومواقع أكبر عدد ممكن من النجوم فى جميع الاتجاهات .
وعن طريق معلومات وفرتها لهم عملية مسح رقمى للسماء ( SDSS ) فلقد استخدمت العملية تلسكوبا مخصصا لذلك فى معلومات عن أكثر من ( 80 مليون نجم ) ضمن درب التبانة إضافة لمعلومات عن أبعادها وألوانها وخصائص مميزة حيث تنتشر النجوم فى ربع واحد من السماء وقد وفر العدد الهائل للنجوم فى ( الكاتالوى ) مرجعا للتنقيب عن مستحثات تعود لماضى درب التبانة .
فإن نسبة النجوم التى ولدت أولا فى مجرات أخرى ثم صنفت لاحقا فى مجرة درب التبانة إذ أنها قرابة ( 1 % ) أو أقل فى مجرة درب التبانة التى تؤوى مئات البلايين من النجوم لكن إحدى الخرائط قدمت لعلماء الفلك قرابة مليون نجم دخيل محتمل ليجرى فحصها عساهم يجدون دليلا على مجرات ماتت قبل أمد بعيد وقد بحث علماء الآثار المجراتية فى الخريطة عن نجوم يحتمل أن تبعد عن مجرة درب التبانة مسافة مناسبة لتكون واقعة فى الهالة المجراتية وقد حدد الفلكيون من بين النجوم مواقع مواكب نجمية تتخذ شكل الذيول وتستوطن مناطق اكثف نجوما من البقاع المحيطة بها وقد كان الفلكيون يعرفون شكل الذيول جزئيا عن طريق الكمبيوتر .

الاستفادة :
1 ) فهم الكيفية التى تتكون بها هالات المادة القاتمة هرميا .
2 ) فهم فيزياء القوى المدية للتنبؤ بحجم وامتدادات المواكب النجمية الناشئة عن ابتلاع المجرات الحلزونية خلال تشكل مجرة درب التبانة .
وإن أول دليل مقنع على وجود مواكب نجمية متطاولة حين اكتشف الفلكيون ذيولا عملاقة منبعثة من أقرب قمر معروف لدرب التبانة مجرة القوس والرامى القزمة فى المعلومات عن طريق استخدام الأشعة تحت الحمراء وتقع ذيول المواكب النجمية قريبا جدا من مدار مجرة القوس والرامى حيث تحوى عددا من النجوم يعادل عدد النجوم التى ما زالت موجودة فى مجرتى القوس والرامى نفسها والذيول طويلة جدا حيث أنها تحيط دائريا بكامل مجرة درب التبانة وقد تم رصد مجرة درب التبانة وهى فى حالة هجوم على أقرب جيرانها من المجرات القزمة .
وقد تم اكتشاف نحو دستة اضافية من مواكب النجوم حول مجرة درب التبانة فبناء على طول ذيول مجرة القوس والرامى فإن المواكب النجمية كانت على مدى بليونى : 3 بلايين سنة تفقد من نجومها ويبدو أن أعمار المواكب النجمية تقدر ببضعة بلايين من السنين فإن درب التبانة كان يبلع مجرات أكثر فى تاريخه المبكر وإن مقدار ما يهضمه منها هبط بسبب نقص عدد المجرات القزمة التى يمكن ابتلاعها وإن تنبؤات نظرية التكون الهرمى فمن المحتمل أن تكون المواكب النجمية مجرد جزء من المواكب النجمية الموجودة حاليا ولا بد من وجود مواكب نجمية أخرى يصعب رصدها بسبب ضعف نورها ولكنها تخفى المزيد من المعلومات عن ماضى المجرات .

أجهزة جديدة للاستكشاف :
إن الاعتماد على مواقع النجوم للعثور على مواكب نجمية سيفوت على العلماء رؤية الكثير من المواكب النجمية القديمة فإنه يمكن لفروق طفيفة بين الخاصيات المدارية للنجوم على مدى بضعة بلايين من السنين أن تتسبب فى حدوث استطالة وانتشار وشحوب فى الضوء حتى اضمحلال للمواكب النجمية مما يجعلها تفقد أى بنية واضحة ويبحث علماء الفلك على البحث عن طرائق لاستخدام خاصيات للمواكب النجمية الأخرى للعثور على مواكب نجمية شديدة التفكك وعلى بقايا مواكب نجمية انفصل بعضها عن بعض تماما وستساعد تجمعات النجوم العلماء على استكشاف أكثر الفترات الزمنية نشاطا فى تكون المجرات والتى حدثت منذ أكثر من ( 10 بلايين عام ) وضمن البلايين القليلة الأولى بعد الانفجار الأعظم ( Big Bang ) حيث تشكلت معظم النجوم فى الكون فهذا الوقت الذى التحم فيه بضع مجرات وتجمعات نجمية صغيرة بل المئات منها لتكون مجرة درب التبانة / اللبانة / الطريق اللبنى / Milky Way .
وتتضمن إحدى الطرق المستخدمة للتقصى عن البقايا المتخلفة عن مجرات أصبحت ميتة فالبحث عن نجوم لها مدارات مشتركة فبعد وقت طويل أصبحت مواكب نجمية مبعثرة جدا بحيث لا يمكن التعرف عليها من مواقعها إذ أنه لا يمكن الاستفادة من حركتها لتمييز النجوم التى كانت جزءا من المجرة ( درب التبانة ) نفسها وأن نتعلم كيف انضمت لمجرة درب التبانة وهى إحدى المهمات التى يقوم بتنفيذها القمر الصناعى ( كايا ) الذى أطلقته وكالة الفضاء الأوروبية ( ESA ) وعن طريق قياس مسافات ومواقع وحركات أكثر من بليون نجم بسبب العدد الهائل للنجوم التى تجرى فهرستها ولأن الأبعاد الكثيرة للمعلومات التى يجرى قياسها لكل نجم ستسمح بحساب كامل لمدارات النجوم فيمكن اختيار نجوم لها خاصيات مدارية متشابهة لاحتمال قدومها من المجرة الأصلية نفسها حتى لو كانت مواقعها فى السماء لا تظهر أى نوع من الارتباط بينها .
فهناك ما يجعل النجوم لا تنسى مكان ولادتها إنه تركيبها الكيميائى والكيمياء طريقة محتملة لكشف المواكب النجمية والنجوم تغير باستمرار تركيبها الكلى عن طريق الالتحام النووى الذى يحدث فى نوايا النجوم والذى يدمج العناصر الخفيفة لتصبح أثقل لكن لا يمكن للالتحام النووى أن يحدث إلا فى المناطق المركزية الأكثف والأشد سخونة من النجم
وإن الفضاء المحيط بالنجم مطابق للغاز الذى ولد منه وإن استخدام الذاكرة المميزة لا للعثور على روافد نجمية وإنما لتصنيف النجوم التى لها بصمات كيميائية متطابقة فى المجموعات النجومية التى ولدتها .
إن استخدام السمات الكيميائية الوحيدة لتحديد النجوم المرتبطة بمجرة قزمة معينة فمن المحتمل أن تحتوى المجرات على نجوم ولدت فى العديد من التجمعات النجومية المختلفة حيث تتمتع بسلسلة من المركبات الكيميائية ففتعاون طبيعة التاريخ الكونى والتكون النجمى بحيث يمكن المقاربة بينهما كيميائيا .

1 ) إن النجوم المتكونة ضمن مجرة مفروضة تحتوى على عناصر ثقيلة أكثر مما تحتويه النجوم التى تكونت فى وقت مبكر لأن المادة التى تكونها كانت بقايا الأجيال السابقة من النجوم .

2 ) تتم معرفة كيف تستمر عملية الإغناءعن طريق تدفقات الغاز المحكومة جزئيا بالتأثير التثاقلى لجاذبية هالة المادة القاتمة للمجرة فإن المجرات التى لها الكتلة نفسها والتى تنمو وتنهار فى الوقت نفسه لا بد وأن تزود النجوم بالتوزيع نفسه للمركبات الكيميائية فالانتشار نفسه للغزارة الكمية للعديد من العناصر الكيميائية المختلفة وبالعكس سيؤدى أى اختلاف سواء كان فى كتلة المجرة أو فى زمن نموها لفروق فى التوزيعات الكيميائية للنجوم التى تكون المجرة فيمكن للتوزيع الاجمالى للمركبات الكيميائية للنجوم حول مجرة درب التبانة أن يسمح بتحديد الجزء القادم من مجرات لها كتل متشابهة وفى أوقات متشابهة .

إن الملحقات الكيميائية قد تكون حساسة لدرجة تكفى لتحديد الاسهامات كلها حتى من اصغر المجرات القزمة التى دمرت فى وقت مبكر جدا من التاريخ المجراتى وبمعرفة أى الأجزاء من نجوم درب التبانة وصلت فى فترات مختلفة فعن طريق وضع مخططات لتوالى عمليات ابتلاع المجرات عن طريق تتبع أثر تاريخ  نمو مجرة درب التبانة وصولا لأقدم وأول العهود وتعكف مجموعتان من العلماء على قياس المركبات الكيميائية لملايين النجوم فمن الممكن استخدام المعلومات لمعالجة المسألة وقد بدأ علماء الآثار المجراتية يدركون أن دراسة مجرة لدرب التبانة تشبه دراسة ( 1000 مجرة ) لأن العديد من الأجسام الصغيرة اندمجت لبناء الجسم الأكبر ولا تزودنا المستحثات المأخوذة من المجرات بمعلومات عنى تاريخ مجرة درب التبانة بل تزودنا بمعلومات عن تواريخ جميع المجرات الصغيرة فى الكون التى تضمها مجرة درب التبانة .
فيجب أن نكون قادرين على دراسة كيفية نشوء مجرات ذات حجوم مختلفة عديدة وفى أوقات مختلفة كثيرة فمن المحتمل أن تسهم التحليلات فى فهم تكون المجرات بقدر لا يقل عن إسهام الاكتشافات المذهلة فى ق ( 20 ) للمواكب النجمية التى تطوق مجرة درب التبانة .
قمعرفة كيفية تكون أولى المجرات فى الكون فإن الأسلاف الأولى للمجرات المماثلة لمجرة درب التبانة صغيرة وبعيدة جدا لدرجة تجعل من المستحيل التقصى المباشر لها فإن علماء الآثار المجراتية قد يكتشفون بقايا الأسلاف بدراسة نجوم طويلة الأعمار ما زالت تحمل بصمات أسلافها ومنتشرة فى درب التبانة فإن القيام بالحفر فى الفناء الخلفى قد يفتح نافذة نطل بها على الكون المبكر وعلى المراحل الأولى لنشوء المجرات .

من المجرات القزمة إلى الروافد النجمية :
إن اكتشاف البنى ( المواكب النجمية ) والتى تقع على حافة درب التبانة دليلا على أن درب التبانة ومجرات أخرى مماثلة لها تنمو عن طريق التهامها لمجرات قزمة صغيرة والمواكب النجمية امارات تنشىء بأن الالتهام قد حدث بالفعل وفى مجرة درب التبانة تبدأ المواكب النجمية بالتكون حين تصبح مجرة قزمة قريبة جدا من درب التبانة ( 1 ) .
وتولد قوة الثقالة ( الجاذبية ) الكبيرة للمجرة قوى مدية سحبها فى الجانب القريب من المجرة القزمة أقوى من سحبها فى الجانب البعيد عنها ونمط القوى المدية للمجرة القزمة تدريجيا على طول المستقيم الواصل بينهما وبين درب التبانة ( 2 ) .
وتنجرف النجوم فرادى بعيدا عن المجرة القزمة وتكون مواكب نجمية ( 3 )
وتتحرك على طول مدار يبعد قليلا عن المجرة القزمة وبمرور الزمن تمتد المواكب النجمية لتغدو أوسع انتشارا ومن الممكن للمواكب النجمية التى  تسببها مجرات قزمة كبيرة أن تتمدد فى نهاية المطاف لنطوق درب التبانة كلها ( 4 ) .


مجلة العلوم الأمريكية