قطر کهکشان راه‌شیری؛ صدهزار یا دو میلیون سال‌نوری؟!
کهکشان راه‌شیری، بسیار بزرگتر از تصورات ما است!
مجله علمی ایلیاد - برای مدت‌ها، اخترشناسان بر این باور بودند که قطر کهکشان راه‌شیری، منزلگاه ما، ۱۰۰،۰۰۰ سال نوری است؛ اگرچه در سال ۲۰۱۵ میلادی و پس از مطالعاتی در این زمینه، دانشمندان قطر ۱۵۰،۰۰۰ سال نوری را پیشنهاد کردند، زیرا این عدد به نتایج مطالعات نزدیک‌تر بود. البته این نتایج هم پایان کار نبودند و طبق داده‌های نقشه‌برداری ماهواره‌ی گایا، قطر این کهکشان تا ۲۶۰،۰۰۰ سال نوری ادامه داشت. اما حالا و در سال ۲۰۲۰، کیهان‌شناسان دانشگاه دورهام انگلیس، ارقام عجیبی را برای قطر راه‌شیری اعلام کرده‌اند. طبق مطالعات آن‌ها، پهنای راه‌شیری در حدود دو میلیون سال نوری است!
محاسبه‌ی قطر کهکشان راه‌شیری کار ساده‌ای نیست؛ دلیل آن هم این است که ما درون این کهکشان هستیم و در نتیجه نمی‌توانیم از بیرون، تصویری از این کهکشان تهیه کنیم. پس بهترین راه برای تخمین قطر آن، اندازه‌گیری فاصله‌ی اجرام موجود در اطراف دیسک راه‌شیری و حومه‌ی کهکشان است.
اما درست مانند خورشید که اثرات گرانشی آن فراتر از کمربند کویپر می‌رود، اثرات گرانشی و همچنین چگالی مادهی تاریکِ اطراف کهکشان راه‌شیری که نامرئی هستند هم بسیار فراتر از مرز ستاره‌ها و اجرام مرئی این کهکشان پیش می‌رود. ما از روی همین تاثیرات گرانشی می‌توانیم وجود مادهی تاریک را پیش‌بینی کنیم.
اثرات گرانش خورشید
در واقع کهکشان راه‌شیری چیزی بیشتر از ستاره‌ها و گازهایی است که به دور سیاه‌چاله‌ی مرکزی می‌چرخند و شاهدی دال بر این نظریه نیز وجود دارد. بر اساس مکانیک نیوتونی، هرچه اجرام از مرکز کهکشان دورتر باشند، به دلیل تاثیرات گرانشی سرعت چرخش‌شان به دور مرکز هم کم‌تر می‌شود؛ مثل سرعت سیاره‌ی اورانوس نسبت به سرعت سیاره‌ی ناهید در سامانه‌ی خورشیدی.
اما در مرز‌های شناخته شده‌ی راه‌شیری اتفاقی عجیب در جریان است؛ سرعت اجرام موجود در آن نواحی بسیار بیشتر از حد انتظار است. این سرعت زیاد ناشی از تاثیرات گرانشی ماده‌ای نامرئی است. در نتیجه، ما می‌دانیم که کره‌ای بسیار پهناور از مادهی تاریک دور تا دور دیسک کهکشان راه‌شیری را پوشانده است. کره‌ای که حضور خود را با تاثیراتش بر روی بقیه‌ی اجرام مرئی به رخ می‌کشد. در اطراف کهکشان ما همچنین، تعدادی کهکشان کوتوله که گاهی به آن‌ها قمر راه‌شیری هم گفته می‌شود، وجود دارند که همه‌ی آن‌ها زیر سلطه‌ی راه‌شیری هستند و حول آن می‌چرخند.
«آلیس دیزن» اخترفیزیک‌دان دانشگاه دورهام به همراه همکارانش، در مقاله‌ای که ۲۱ فوریه‌ی سال ۲۰۲۰ منتشر شد، توضیح داده‌اند که با استفاده از شبیه‌سازی‌های مختلف توانسته‌اند هاله‌ی ساخته شده از مادهی تاریکِ اطراف راه‌شیری را مدل‌سازی کنند. تمرکز اصلی آن‌ها بر روی سرعت چرخش اجرام موجود در اطراف دیسک کهکشان، مثل اقمار راه‌شیری، به دور مرکز آن بوده است. به‌طوری که با مشخص کردن اختلاف سرعت این اجرام، می‌توان مرزی مشخص برای هاله‌ی راه‌شیری پیدا کرد.
تمام شبیه‌سازی‌های انجام شده حاکی از آن بود که سرعت این اجرام، پس از فاصله‌ای مشخص، به‌شدت اُفت می‌کند. سپس خانم آلیس دیزن و همکارانش، شروع به بررسی داده‌های رصدهای پیشین از این اجرام و به‌ویژه کهکشان‌های کوتوله‌ی اطراف راه‌شیری کردند. در این بررسی‌ها نیز همان‌طور که شبیه‌سازی‌ها پیش‌بینی کرده بودند، سرعت این اقمار در نقطه‌ی مشخصی شدیداً کم می‌شود. این افت شدید در سرعت چرخش اجرام به دور کهکشان راه‌شیری، نشان می‌داد که اثر مادهی تاریک دیگر در آن مناطق وجود ندارد، زیرا دیگر مادهی تاریکی در آن‌‌جا نیست و هاله‌ی اطراف راه‌شیری به پایان رسیده است. فاصله‌ی این نقطه‌ی مشخص تا مرکز کهکشان راه‌شیری، تقریباً ۹۵۰،۰۰۰ سال نوری است. در نتیجه قطر این کهکشان کمی بیشتر از ۱.۹ میلیون سال نوری است. پس ما توانسته‌ایم مرزی تقریباً مشخص برای کهکشان راه‌شیری به همراه هاله‌ی اطرافش پیدا کنیم.
البته نتایج به‌دست آمده از این مطالعات تازه شروع کار است و با پیدا کردن کهکشان‌های کوتوله‌ی جدید در اطراف راه‌شیری و اندازه‌گیری سرعت آن‌ها، می‌توانیم به عددهای مطمئن‌تری دست پیدا کنیم.
این مطالعات همچنین به ما ثابت می‌کنند که در مورد اندازه‌ی سایر کهکشان‌ها نیز باید تجدید نظر کنیم و چه بسا که اندازه‌ی آن‌ها نیز بسیار فراتر از تصورات پیشین باشد.