از کجا می‌دانیم که کهکشان راه شیری چه شکلی است؟

هرچند ستاره‌شناسان و فیلسوفان قرن‌ها در مورد ماهیت و مکان واقعی کهکشان راه شیری بحث کرده‌اند با این حال «گالیلئو گالیله»، این منجم نابغه، اولین کسی بود که ماهیت واقعی کهکشان را کشف کرد. 

او گفت کهکشان ما از ستاره‌های بی‌شماری تشکیل شده که از زمین بسیار کوچک به نظر می‌رسند و ما ترکیبی از رد نور آنها را در شب می‌بینیم.

در اواسط قرن ۱۸ میلادی امانوئل کانت، فیلسوف بزرگ آلمانی، به درستی حدس زد که کهکشان راه شیری یک قرص چرخان از ستارگان است و چون ما جایی در درون آن قرص قرار گرفته‌ایم، در نتیجه کل آن در برابر چشمان ما به عنوان یک نوار ظاهر می‌شود.

چند دهه بعد از او، ویلیام هرشل ستاره‌شناس تلاش کرد تا نقشه‌ای از کیهان ایجاد کند که موفقیت چندانی نداشت. در واقع این اوایل قرن گذشته بود که ما واقعاً شروع به جمع‌آوری اطلاعات درباره ماهیت واقعی کهکشان خود کردیم.

نقطه عطف این جریان زمانی بود که ادوین هابل، اخترشناس، کشف کرد که سحابی «آندرومدا» در واقع کهکشان آندرومدا است؛ یک «جهان جزیره‌ای» که میلیون‌ها سال نوری از ما فاصله دارد.

بشر با این کشف پس از هزاران سال فهمید که کهکشان راه شیری تنها قرصی از ستارگان نزدیک نیست، بلکه این کهکشان در واقع خود ما هستیم.

مشاهدات کهکشان‌های دیگر به ما کمک کرد تا به شکلی کهکشان خودمان را بهتر بشناسیم. بیشتر کهکشان‌های دیسکی یا قرص‌گون، میزبان بازوهای مارپیچی و یک برآمدگی مرکزی متراکم هستند. بنابراین طبیعی است که فرض کنیم کهکشان راه شیری نیز این ویژگی‌ها را داراست.

تهیه نقشه مستقیم کهکشان راه شیری با این حال یک کار بسیار چالش‌برانگیز است. یکی از این چالش‌ها این است که این کهکشان بسیار بزرگ است و برای مثال پهن‌ترین نقطه از آن ۱۰۰ هزار سال نوری وسعت دارد.

از طرف دیگر چیزهای زیادی در داخل این کهکشان وجود دارد؛ بین ۱۰۰ میلیارد تا ۴۰۰ میلیارد ستاره، صدها میلیون منطقه ستاره‌زایی، سیارات بی‌شمار، سیاه‌چاله‌ها، ستاره‌های نوترونی و خیلی چیزهای دیگر در این کهکشان کنار هم جمع شده‌اند و بنابراین بررسی حتی بخش‌های کوچک کهکشان راه شیری هم به منابع عظیمی نیاز دارد.

یک چالش مهم دیگر برای تهیه نقشه کهکشان راه شیری گرد و غبار است. گرد و غباری که در فضای بین ستاره‌ای سرگردان است، خاصیت آزاردهنده ای دارد که از درخشش نور کم می‌کند و آن را پراکنده می‌سازد. از آنجایی که ما در کهکشان راه شیری قرار گرفته‌ایم، هر چه سعی کنیم دورتر را نگاه کنیم، دید ما توسط گرد و غبار بیشتر پوشیده می‌شود. حتی قوی‌ترین تلسکوپ‌های جهان نیز نمی‌توانند به طور مستقیم مناطقی را در سمت روبروی کهکشان ما نگاه کنند.

بنابراین برای نقشه‌برداری از کهکشان راه شیری محققان از انواع بسیاری از مشاهدات استفاده می‌کنند و آن‌ها را با مقایسه با کهکشان‌های دیگر و مدل‌سازی‌های نظری هوشمند ترکیب می‌کنند تا بتوانند تصویری کامل‌تر را ارائه دهند.

به عنوان مثال، خوشه‌های کروی به دور مرکز کهکشان راه شیری در آرایشی تقریباً کروی می‌چرخند. با ترسیم موقعیت آنها در فضای سه بعدی، می‌توانیم مکان مرکز را پیدا کنیم که تقریباً ۲۵ هزار سال نوری از ما فاصله دارد.

ما همچنین می‌توانیم حرکات ستارگان را در حین چرخش به دور مرکز بررسی کنیم و از درک خود از گرانش برای مدل‌سازی اینکه هسته کهکشان باید چگونه باشد، استفاده کنیم.

از طریق استفاده از این تکنیک‌ها است که تصور می‌کنیم کهکشان ما یک کهکشان مارپیچی«میله‌ای» است؛ به این صورت که هسته آن کشیده و شاید حتی به شکل بادام زمینی با ساختار میله‌مانندی از ستاره است. این با مشاهداتی تأیید می‌شود که نشان می‌دهد نوع خاصی از ستاره غول سرخ که در نزدیکی هسته قرار دارد به دو بخش تقسیم شده و نور فروسرخ که از هسته آن می‌آید متقارن نیست.

فضاپیمای «گایا» که در سال ۲۰۱۳ به فضا پرتاب شد، یک ماموریت اصلی برای شناخت بیشتر کهکشان راه شیری دارد: سرشماری حداکثری از تعداد ستارگان، ثبت فاصله، حرکت، روشنایی و رنگ آنها. تا به امروز اخترشناسان توانسته‌اند با کمک این فضاپیما نزدیک به ۲ میلیارد ستاره را فهرست‌بندی کنند. این عدد اگرچه چشمگیر است، اما هنوز تنها تقریباً تنها ۱ درصد از کل ستارگان راه شیری را نشان می‌دهد.

با این حال این ماموریت به اخترشناسان مخزن عظیمی از اطلاعات در مورد بخشی از کهکشان خودمان می‌دهد. این داده‌ها علاوه بر ارائه نقشه‌ای دقیق از همسایه‌هایمان در کهکشانی، می‌توانند به‌عنوان پایه‌ای برای ساخت نقشه بزرگتری از کهکشان مورد استفاده قرار گیرد.

برای مثال بازوهای مارپیچی کهکشان‌مان را در نظر بگیرید. علیرغم ظاهر چشمگیرشان، چگالی آنها تنها حدود ۱۰ درصد کل کهکشان است. با استفاده از تکنیک‌ها می‌دانیم که کهکشان راه شیری حداقل دو بازوی مارپیچی برجسته دارد و آن بازوها بر روی هسته مرکزی میله‌ای یا بادام زمینی (به شکل یک S غول‌پیکر) لنگر انداخته‌اند.

با این حال و فراتر از آن، همه چیز کمی مبهم‌تر است. کهکشان ممکن است دو بازوی اضافی با شدت متوسط داشته باشد یا فقط یک بازوی درهم‌ پیچیده از شاخه‌های ستاره‌ای در آن موجود باشد.

در واقع هر «نقشه»‌ای که ممکن است از کهکشان راه شیری با آن روبرو شوید، بیشتر حدس و گمان است و هر چند سال یک بار تغییر می‌کند، زیرا دانشمندان تکنیک‌های خود را بهبود می‌بخشند و درک بهتری به دست می‌آورند.

برای به دست آوردن طرح کنونی کهکشان راه شیری هرچند زحمت زیادی کشیده شده و شگفت‌انگیز است که با دید محدودمان تا چه اندازه توانسته‌ایم ساختار کلی کهکشان‌مان را کشف کنیم، با این حال ستاره‌شناسان فقط درک مبهمی از کهکشان راه شیری دارند و می‌گویند هنوز راه زیادی برای دستیابی به نقشه کامل آن باقی مانده است.