الأرض ، النظام الشمسي ، درب التبانة. هل يصبحون أكثر أو أقل ضخامة بمرور الوقت؟

وفقًا لأكثر النماذج الكونية قبولًا على نطاق واسع ، بدأت المجرات الأولى تتشكل قبل 13 إلى 14 مليار سنة. على مدى المليار سنة القادمة ، ظهرت الهياكل الكونية التي عرفناها جميعًا. وتشمل هذه الأشياء مثل عناقيد المجرات ، العناقيد الفائقة ، والشعيرات ، ولكن أيضًا ميزات المجرة مثل العناقيد الكروية ، وانتفاخات المجرات ، والثقوب السوداء الهائلة (SMBHs).

ومع ذلك ، مثل الكائنات الحية ، استمرت المجرات في التطور منذ ذلك الحين. في الواقع ، على مدار حياتها ، تتراكم المجرات وتخرج الكتلة طوال الوقت. في دراسة حديثة ، قام فريق دولي من الفلكيين بحساب معدل التدفق وتدفق المواد لدرب التبانة. ثم أعطاه الأشخاص الجيدون في النجوم الاستوائية تحليلاً جيدًا وأظهروا مدى صلته بفهمنا لتكوين المجرة وتطورها.

وقاد الدراسة الدكتور الفلكي اندرو الدكتور اندرو ج. فوكس وتضمنت أعضاء من مجموعة معهد تلسكوب علوم الفضاء (STScI) ومجموعة أبحاث درب التبانة هالو والعديد من الجامعات. بناءً على دراسات سابقة ، قاموا بفحص معدل تدفق الغاز من وإلى درب التبانة من السحب عالية السرعة المحيطة (HVC).

بما أن توفر المواد هو المفتاح لتكوين النجوم في المجرة ، فإن معرفة معدل إضافتها وخسارتها أمر مهم لفهم كيفية تطور المجرات بمرور الوقت. وكما مايكل فولي النجمينتلخيصًا ، يعد تحديد معدلات إضافة المواد إلى المجرات أمرًا بالغ الأهمية لفهم تفاصيل نموذج "نافورة المجرة".

وفقًا لهذا النموذج ، تنتج النجوم الأكثر ضخامة في المجرة رياحاً نجميّة تدفع المواد خارج قرص المجرة. عندما يذهبون إلى المستعر الأعظم قرب نهاية عمرهم ، فإنهم يدفعون بالمثل معظم موادهم إلى الخارج. ثم تنتقل هذه المادة مرة أخرى إلى القرص بمرور الوقت ، مما يوفر مواد لنجوم جديدة لتشكيلها.

قال فولي: "تُعرف هذه العمليات مجتمعةً باسم" ردود الفعل النجمية "، وهي مسؤولة عن دفع الغاز للخارج من درب التبانة". بعبارة أخرى ، درب التبانة ليست بحيرة معزولة من المواد ؛ إنه خزان يكتسب باستمرار ويفقد الغاز بسبب الجاذبية وردود الفعل النجمية. "

بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت الدراسات الحديثة أن تكوين النجوم قد يكون وثيق الصلة بحجم الثقب الأسود الهائل (SMBH) في قلب المجرة. بشكل أساسي ، تضع SMBHs كمية هائلة من الطاقة التي يمكن أن تسخن غاز والغبار المحيط بالنواة ، مما يمنعها من التكتل بشكل فعال وتخضع لانهيار الجاذبية لتشكيل نجوم جديدة.

على هذا النحو ، فإن معدل تدفق المواد داخل وخارج المجرة هو المفتاح لتحديد معدل تكوين النجوم. لحساب المعدل الذي يحدث فيه هذا بالنسبة لدرب التبانة ، استشار دكتور فوكس وزملاؤه البيانات من مصادر متعددة. كما أخبر دكتور فوكس مجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:

"قمنا باستخراج الأرشيف. تحتفظ وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية بأرشيفات منسقة جيدًا لجميع بيانات تلسكوب هابل الفضائي ، وراجعنا جميع ملاحظات الكوازارات الخلفية المأخوذة باستخدام مطياف الأصول الكونية (COS) ، وهو مطياف حساس على هابل يمكن استخدامه لتحليل الضوء فوق البنفسجي من مصادر بعيدة. وجدنا 270 مثل النجوم الزائفة. أولاً ، استخدمنا هذه الملاحظات لعمل كتالوج لسحب الغاز سريع الحركة المعروف باسم السحب عالية السرعة (HVCs). ثم ابتكرنا طريقة لتقسيم خلايا HVC إلى مجموعات سكانية متدفقة ومتدفقة ، من خلال الاستفادة من تحول دوبلر ".

بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت دراسة حديثة أن مجرة ​​درب التبانة شهدت فترة سبات منذ ما يقرب من 7 مليار سنة - والتي استمرت حوالي 2 مليار سنة. كان هذا نتيجة موجات الصدمة التي تسببت في تسخين السحب الغازية بين النجوم ، والتي تسببت مؤقتًا في توقف تدفق الغاز البارد إلى مجرتنا. بمرور الوقت ، تبرد الغاز وبدأ في التدفق مرة أخرى ، مما أدى إلى جولة ثانية من تكوين النجوم.

بعد الاطلاع على جميع البيانات ، تمكن فوكس وزملاؤه من وضع قيود على معدل التدفق والتدفق لهذه المجرة من مجرتنا:

"بعد مقارنة معدلات تدفق الغازات الداخلة والخارجة ، وجدنا زيادة في التدفق ، وهي أخبار جيدة لتكوين النجوم في المستقبل في مجرتنا ، نظرًا لوجود الكثير من الغازات التي يمكن تحويلها إلى نجوم وكواكب. قمنا بقياس حوالي 0.5 كتلة شمسية في السنة من التدفق و 0.16 كتلة شمسية في السنة من التدفق الخارجي ، لذلك هناك تدفق صافٍ ".

ومع ذلك ، كما أشار فولي ، يعتقد أن HVCs تعيش لفترات فقط حوالي 100 مليون سنة أو نحو ذلك. ونتيجة لذلك ، لا يمكن توقع استمرار هذا التدفق الصافي إلى أجل غير مسمى. ويضيف: "أخيرًا ، يتجاهلون HVCs المعروف أنهم يقيمون في هياكل (مثل فقاعات Fermi) التي لا تتتبع الغازات المتدفقة أو الخارجة".

منذ عام 2010 ، كان الفلكيون على دراية بالهياكل الغامضة الناشئة من مركز مجرتنا المعروفة باسم Fermi Bubbles. تمتد هذه الهياكل الشبيهة بالفقاعات لآلاف من السنوات الضوئية ويُعتقد أنها نتيجة استهلاك SMBH للغاز النجمي واستخراج أشعة جاما.

ومع ذلك ، في غضون ذلك ، تقدم النتائج رؤية جديدة لكيفية تشكل المجرات وتطورها. كما أنه يدعم الحالة الجديدة التي تم تقديمها من أجل "تراكم التدفق البارد" ، وهي نظرية اقترحها في الأصل البروفيسور أفيشاي ديكل وزملاؤه من معهد راسا للفيزياء بالجامعة العبرية في القدس لشرح كيفية تراكم المجرات للغاز من الفضاء المحيط أثناء تكوينها.

"تظهر هذه النتائج أن المجرات مثل درب التبانة لا تتطور في حالة مستقرةتلخيص الدكتور فوكس. وبدلاً من ذلك يتراكمون ويفقدون الغاز بشكل عرضي. إنها دورة ازدهار وانفجار: عندما يدخل الغاز ، يمكن تشكيل المزيد من النجوم ، ولكن إذا دخل الكثير من الغاز ، يمكن أن يؤدي إلى انفجار انفجار شديد لدرجة أنه يفجر كل الغاز المتبقي ، ويغلق تكوين النجوم. وهكذا ينظم التوازن بين التدفق والتدفق مقدار تكوين النجوم. تساعد نتائجنا الجديدة في إلقاء الضوء على هذه العملية ".

هناك خطوة أخرى مثيرة للاهتمام من هذه الدراسة هي حقيقة أن ما ينطبق على درب التبانة ينطبق أيضًا على أنظمة النجوم. على سبيل المثال ، يخضع نظامنا الشمسي أيضًا لتدفق وتدفق المواد بمرور الوقت. أشياء مثل "أوموموا وأحدث 2I / بوريسوف تؤكد أن الكويكبات والمذنبات تطرد من الأنظمة النجمية ويجمعها الآخرون بانتظام.

ولكن ماذا عن الغاز والغبار؟ هل نظامنا الشمسي وكوكب الأرض (بالامتداد) يفقدان أو يكتسبان الوزن بمرور الوقت؟ وماذا يمكن أن يعني هذا لمستقبل نظامنا و الصفحة الرئيسية كوكب؟ على سبيل المثال ، عالج الفيزيائي الفلكي والمؤلف Brian Koberlein القضية الأخيرة في عام 2015 على موقعه على الويب. باستخدام دش نيزك الجوزاء في ذلك الوقت كمثال ، كتب:

"في الواقع ، من ملاحظات الأقمار الصناعية لمسارات النيزك ، تشير التقديرات إلى أن حوالي 100 - 300 طن متري (طن) من المواد تضرب الأرض كل يوم. هذا يضيف ما يصل إلى حوالي 30،000 إلى 100،000 طن سنويًا. قد يبدو هذا كثيرًا ، ولكن على مدى مليون سنة لن تصل إلا إلى أقل من جزء من مليار في المائة من إجمالي كتلة الأرض ".

ومع ذلك ، كما يشرح ، تفقد الأرض أيضًا الكتلة بشكل منتظم من خلال عدد من العمليات. وتشمل هذه الاضمحلال الإشعاعي للمواد في قشرة الأرض ، مما يؤدي إلى الطاقة والجسيمات دون الذرية (ألفا ، بيتا و أشعة غاما) تاركة كوكبنا. والثاني هو الغلاف الجوي حيث تفقد الغازات مثل الهيدروجين والهيليوم في الفضاء. وتضيف هذه معًا خسارة تصل إلى حوالي 110،000 طن في العامهع.

على السطح ، قد يبدو هذا خسارة صافية تبلغ حوالي 10000 طن أو أكثر سنويًا. علاوة على ذلك ، قدّر عالم الأحياء الدقيقة / التواصل العلمي الدكتور كريس سميث وعالم الفيزياء في كامبريدج ديف أنسيل في عام 2012 أن الأرض تكسب 40.000 طن من الغبار سنويًا من الفضاء ، بينما تفقد 90.000 طن سنويًا من خلال عمليات جوية وعمليات أخرى.

لذلك قد يكون من الممكن أن تصبح الأرض أخف وزنا بمعدل 10000 إلى 50000 طن في السنة. ومع ذلك ، فإن معدل إضافة المواد ليس مقيدًا بشكل جيد في هذه المرحلة ، لذلك من الممكن أن نكسر حتى (على الرغم من أن احتمال اكتساب الأرض للكتلة يبدو غير مرجح). أما بالنسبة لنظامنا الشمسي ، فإن الوضع مشابه. من جهة ، الغاز والغبار بين النجوم يطفو في كل وقت.

من ناحية أخرى ، فإن شمسنا - التي تمثل 99.86٪ من كتلة النظام الشمسي - تتخلص أيضًا من الكتلة بمرور الوقت. باستخدام البيانات التي تم جمعها بواسطة مسبار MESSENGER التابع لناسا ، خلص فريق من الباحثين في وكالة ناسا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى أن الشمس تفقد الكتلة بسبب الرياح الشمسية والعمليات الداخلية. وفقًا لـ Ask an Astronomer ، يحدث هذا بمعدل 1.3245 × 10¹⁵ طن في السنة على الرغم من أن الشمس تتوسع في وقت واحد.

هذا رقم مذهل ، ولكن بما أن كتلة الشمس لها حوالي 1.9885 × 10²⁷ طن. لذلك لن تغرب الشمس في أي وقت قريب. ولكن عندما تفقد الكتلة ، سيقل تأثير الجاذبية على الأرض والكواكب الأخرى. ومع ذلك ، في الوقت الذي تصل فيه شمسنا إلى نهاية تسلسلها الرئيسي ، سوف تتوسع بشكل كبير ويمكن أن تبتلع الزئبق ، الزهرة ، الأرض جيدًا و حتى المريخ بالكامل.

لذا في حين أن مجرتنا قد تكتسب كتلة في المستقبل المنظور ، يبدو أن الشمس والأرض نفسها تفقد الكتلة ببطء. لا ينبغي أن يُنظر إلى هذا على أنه أخبار سيئة ، ولكن له آثار على المدى الطويل. في غضون ذلك ، من المشجع نوعًا ما معرفة أنه حتى أقدم الكائنات وأكثرها ضخامة في الكون عرضة للتغيير مثل الكائنات الحية.

سواء كنا نتحدث عن الكواكب أو النجوم أو المجرات ، فإنهم يولدون ويعيشون ويموتون. وبين ذلك ، يمكن الوثوق بهم في وضع أو خسارة بضعة أرطال. دائرة الحياة، لعبت على النطاق الكوني!