بازنگری در اندازه محله کیهانی؛ راه شیری ممکن است بسیار بزرگ‌تر از حد تصور قبل باشد

براساس کشفی تازه که با «گوش‌سپردن» به پژواک انفجارهای کیهانی دوردست به دست آمده، دو بازوی مارپیچی غول‌پیکر کهکشان راه شیری، ظاهراً بسیار دورتر از چیزی هستند که تاکنون تصور می‌کردیم. پژوهشگران می‌گویند این یافته ممکن است ما را وادار کند در برآوردهایمان از جرم کهکشان راه شیری و حتی شاید شکل آن، بازنگری کنیم.

راه شیری یک کهکشان مارپیچی میله‌ای است که از ناحیه‌ای مرکزی و متراکم تشکیل شده و در قلب آن، سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم به نام کمان ای* (Sagittarius A*) قرار دارد. چهار بازوی اصلی این کهکشان، شامل بازوی کمان، بازوی سپر-قنطورس، بازوی برساووش و بازوی بیرونی، به دور بخش مرکزی می‌چرخند و مانند پره‌های یک فرفره عظیم به سمت بیرون امتداد می‌یابند. بیشتر ستاره‌ها و گازهای کهکشان در این بازوهای کیهانی متمرکز شده‌اند؛ هرچند برخی ستاره‌ها، از جمله خورشید در فاصله میان بازوها یا در ساختارهای کوچک‌تر دیگر قرار دارند.

تا پیش از این، پژوهشگران اندازه بازوهای راه شیری را براساس نرخ چرخش کهکشان برآورد می‌کردند؛ زیرا از موقعیت زمین درون کهکشان، مشاهده کامل راه شیری امکان‌پذیر نیست. این روش همچنین مبنای برآورد اندازه کلی کهکشان و جرم آن بوده است: حدود ۱۰۰هزار سال نوری قطر و نزدیک به ۱٫۵ تریلیون برابر جرم خورشید.

بااین‌حال، شیوه اندازه‌گیری کنونی ساختارهای عظیم کهکشانی بدون نقص نیست و از وقتی شکل مارپیچی راه شیری برای نخستین بار درحدود ۱۷۵ سال پیش شناسایی شد، موجب ایجاد عدم قطعیت‌های متعدد درباره کهکشان ما شده است.

بئاتریچه وایا، پژوهشگر مؤسسه ملی اخترفیزیک ایتالیا و نویسنده اصلی مطالعه که آن را در قالب دوره دکتری خود انجام داده است، در بیانیه‌ای گفت: «ما معمولاً بازوهای بیرونی راه شیری را به‌طور غیرمستقیم و براساس دانسته‌هایمان از نحوه چرخش کهکشان مدل‌سازی می‌کنیم، اما این روش جای خطا دارد.» او افزود هرچه فاصله از مرکز کهکشان بیشتر باشد، عدم قطعیت اندازه‌گیری‌ها نیز افزایش می‌یابد.

گروه پژوهشی با استفاده از داده‌های رصدخانه پرتو ایکس چاندرای ناسا و رصدخانه ایکس‌ام‌ام‌ نیوتون از آژانس فضایی اروپا که هر دو در مدار زمین قرار دارند، پژواک‌های سه فوران پرتو گاما را بررسی کردند؛ فوران‌هایی که به‌ترتیب از میان ابرهای گازی موجود در بازوی برساووش، بازوی بیرونی و بازوی سپر-قنطورس عبور کرده بودند.

نتایج نشان داد که بازوی بیرونی و بازوی سپر-قنطورس احتمالاً حدود ۱۰ درصد دورتر از زمین قرار دارند؛ رقمی که شاید در نگاه اول ناچیز به نظر برسد، اما در عمل به معنای چندهزار سال نوری اختلاف است.

مهم‌ترین پیامد احتمالی کشف اخیر این است که کهکشان راه شیری از آنچه تصور می‌کردیم پهن‌تر و در نتیجه احتمالاً پرجرم‌تر است؛ موضوعی که می‌تواند پیامدهای مهمی برای درک ما از محله کیهانی‌مان داشته باشد.

ایلاریا فورنازیه‌رو، اخترشناس دانشگاه بولونیای ایتالیا و از نویسندگان پژوهش، در بیانیه‌ای جداگانه گفت: «این اختلاف‌ها کوچک هستند، اما هرگونه بازنگری در این فاصله‌ها اهمیت زیادی دارد، زیرا این مقادیر برای درک کهکشان ما کاملاً بنیادی هستند. برای مثال، ممکن است اخترشناسان ناچار شوند برآورد جرم کهکشان را بازبینی کنند؛ زیرا این موضوع بر میزان امتداد بازوهای کهکشانی تأثیر می‌گذارد.»

انیمیشن‌هایی که همزمان با انتشار مقاله منتشر شدند، نشان می‌دهند راه شیری براساس داده‌های جدید ممکن است چگونه به نظر برسد. در این تصاویر، بازوی بیرونی و بازوی سپر-قنطورس بسیار بیشتر به فضای میان‌کهکشانی امتداد یافته‌اند و در نتیجه، کهکشان بیش از آنکه یک مارپیچ متقارن باشد، به پوسته نامتقارن حلزون شباهت پیدا می‌کند.

البته این تصاویر لزوماً شکل واقعی کهکشان را نشان نمی‌دهند؛ زیرا بازوی کمان و دیگر بازوهای فرعی راه شیری با روش جدید اندازه‌گیری نشده‌اند. بااین‌حال، این واقعیت که بازوی برساووش به اندازه دو بازوی دیگری که با استفاده از نور فوران‌های پرتو گاما اندازه‌گیری شدند، از زمین فاصله نداشت، از وجود نوعی عدم تقارن غیرمنتظره در سراسر کهکشان راه شیری حکایت می‌کند؛ خصوصیتی که توضیح دادنش چندان آسان نیست.

آندریا تینگو، اخترشناس مدرسه عالی دانشگاهی پاویا در ایتالیا و از نویسندگان پژوهش، گفت: «ما به این وابسته‌ایم که خود جهان این رویدادها را در اختیارمان بگذارد و درطول بیش از ۲۵ سال گذشته، فقط تعداد اندکی از آن‌ها را یافته‌ایم که برای این نوع پژوهش مناسب بوده‌اند. بااین‌حال، همچنان به جست‌وجوی موارد بیشتر ادامه خواهیم داد.»

مطالعه ۱۹ ژوئن در نشریه Astronomy and Astrophysics منتشر شد.