تعريف المجرة، خصائصها، عمرها، تطورها، وأنواعها

تُعرّف المجرة بأنها نظام كوني هائل يتألف من تجمعات ضخمة تضم مليارات النجوم والكواكب والأقمار والكويكبات والنيازك، بالإضافة إلى الغبار الكوني والمادة المظلمة وبقايا النجوم، مُشكّلةً بذلك أنظمة كونية متنوعة للغاية، تتراوح بين التجمعات الصغيرة والخافتة وصولًا إلى التجمعات العملاقة ذات الأشكال الحلزونية المميزة.

يُعتقد أن المجرات بدأت في التشكّل بعد فترة وجيزة من نشأة الكون، وهي تنتشر في الفضاء الشاسع على شكل مجموعات، تفصل بين هذه المجموعات مسافات فارغة تقريبًا، حيث تُقاس المسافة بين هذه المجموعات بمئات الملايين من السنوات الضوئية، وهي وحدة قياس فلكية تعادل المسافة التي يقطعها الضوء في سنة واحدة، علمًا بأن الضوء يسير بسرعة هائلة تقدر بـ 300,000 كيلومتر في الثانية الواحدة، أو ما يُعادل 650,000,000 ميلًا في الساعة.

وتختلف المجرات عن بعضها البعض اختلافًا كبيرًا ليس فقط في شكلها الظاهري، بل أيضًا في تركيبها ومقدار النشاط الإشعاعي المرصود منها، ويعود هذا التنوع إلى الاختلاف في آليات تشكّلها وتطور أنظمتها الداخلية عبر مليارات السنين. الجدير بالذكر أن مفهوم المجرات لم يُعرف إلا في أوائل القرن العشرين، ومنذ ذلك الحين، أصبح تعريف المجرة من أهم المفاهيم الأساسية في علم الفلك الحديث، حيث يُعتبر حجر الزاوية في دراسة الكون وبنيته وتطوره.

خصائص المجرة

تتميز المجرات، وهي تجمعات هائلة من النجوم والغبار والغازات مرتبطة بالجاذبية، بعدة خصائص فيزيائية فلكية جوهرية تُعدّ عوامل حاسمة في تطورها الديناميكي على مر العصور الكونية. من بين هذه الخصائص الهامة وجود حقول مغناطيسية قوية تؤثر بشكل كبير في العمليات الفيزيائية داخل المجرة. تلعب هذه الحقول المغناطيسية دورًا ديناميكيًا مميزًا، حيث تُساهم في تدفق المادة، أي الكتلة، نحو مراكز تجمعات المجرات، ما يؤثر على بنيتها وتطورها.

إضافةً إلى ذلك، تُحدث هذه الحقول تعديلات في شكل المجرات الحلزونية، وتؤثر على حركة ودوران الغاز في المناطق الخارجية من المجرة، ما يُشكل ديناميكية المجرة بشكل عام. كما توفر الحقول المغناطيسية آلية لنقل الزخم الزاوي، وهو أمر ضروري لانهيار السحب الغازية الجزيئية، ما يُحفز بدوره تكوين أجيال جديدة من النجوم داخل المجرة.

ومن حيث قوة هذه الحقول، يبلغ متوسط قوة الحقول المغناطيسية النموذجية في المجرات الحلزونية حوالي 10 ميكروغرام، ما يُظهر قوتها مقارنةً بالمجال المغناطيسي للأرض الذي يبلغ متوسط قوته حوالي 0.3 جرام فقط. وتجدر الإشارة إلى أن المجرات ذات الإشعاع الراديوي الخافت، مثل M31 و M33 في مجرتنا درب التبانة، تمتلك حقولًا مغناطيسية أضعف نسبيًا، حيث تبلغ قوتها حوالي 5 ميكروغرام.

في المقابل، تُظهر المجرات الغنية بالغاز والتي تشهد معدلات عالية من تكوين النجوم، مثل M51 و M83، متوسط قوة حقول مغناطيسية أعلى يبلغ حوالي 15 ميكروغرام. هذه الاختلافات في قوة الحقول المغناطيسية بين أنواع المجرات المختلفة تُشير إلى دورها المحوري في تحديد خصائص المجرة وتطورها.

عمر المجرات

يُعتبر عمر المجرات من المواضيع الهامة في علم الفلك، حيث يُلاحظ أنَّ أغلب المجرات، على الرغم من اختلاف تاريخها الظاهري، تتشارك في عمرٍ مُتقارب، إن لم يكن مُتطابقًا. يُحدَّد عمر المجرة عادةً من خلال قياس أعمار أقدم النجوم التي تحتضنها، فعلى سبيل المثال، تُقدَّر أعمار النجوم في مجرة درب التبانة بحوالي 13 مليار سنة.

وعند دراسة المجرات البعيدة، يظهر تشابهٌ كبير في أطيافها وألوانها مع المجرات القريبة، ممَّا يُشير إلى وجود نجوم قديمة مُتشابهة في كلا النوعين. بناءً على هذه المُلاحظات، يُرجَّح أنَّ المجرات بدأت في التشكل في نفس الحقبة الزمنية من تاريخ الكون، وبالتالي بدأت أيضًا في تكوين النجوم في فترة مُتقاربة.

وعليه، يُستنتج أنَّ الاختلافات بين المجرات لا تعود بشكل أساسي إلى اختلاف أعمارها، بل إلى الطريقة التي تشكَّلت بها النجوم داخل كل مجرة، أي العمليات الفيزيائية التي أدَّت إلى تكوين هذه النجوم وتطورها، ما يُفسر التنوع الملحوظ في أشكال المجرات وأحجامها ومحتواها النجمي.

هيكل المجرات

قبل التعرف على ما هي أنواع المجرات سيتم الحديث عن هيكل المجرات، حيث يتشكل هيكل المجرات من أربعة أجزاء أساسية، وهي المكون الكروي، ومكون القرص، والأذرع الحلزونية، وتوزيع الغاز، وفي ما يأتي سيتم الحديث عن هذه المكونات الأساسية الأربعة للمجرات:

• المكون الكروي: وهو عبارة عن هيكل من النجوم القديمة المصفوفة على شكل بيضوي، حيث تحتوي معظم المجرات أو جميعها مكونًا كرويًا، وعادةً ما يكون المكون الكروي لجميع المجرات متشابه للغاية، كما من الممكن أن يكون هذا المكون غير واضح في بعض الحالات أو غائب تمامًا.
• مكون القرص: وهو أحد أجزاء بعض أنواع المجرات مثل المجرات الحلزونية كمجرة درب التبانة والمجرات غير المنتظمة، وعادةً ما يحتوي هذا القرص على الغاز والغبار الكوني والنجوم الجديدة، ويكون وسط القرص هو مركز المجرة.
• أذرع المجرات: حيث يعتمد الهيكل العام لأذرع المجرات الحلزونية على نوع المجرة، فهنالك مجرات تحتوي على أذرع لولبية ناعمة بزواية صغيرة، بينما تمتلك مجموعات أخرى من المجرات أذرعًا أكثر انفتاحًا بزوايا كبيرة.
• توزيع الغاز: ينتشر غاز الهيدروجين المحايد في المجرات، إلا أنه من الصعب اكتشاف الهيدروجين الجزيئي، ولكنه عادةً ما يكون مصحوبًا مع جزيئات أخرى مثل أول أكسيد الكربون، الذي يمكن ملاحظته في الأطوال الموجية الراديوية.

حجم المجرات

تُعتبر المجرات وحداتٍ كونيةٍ هائلةٍ تختلف في أحجامها وكتلها بشكلٍ كبير. فعند الحديث عن حجم المجرات، نجدُ تفاوتًا شاسعًا يبدأ بـ المجرات القزمية المتطرفة، وهي أصغر أنواع المجرات حيث لا يتجاوز قطرها في بعض الحالات، كما هو الحال بالنسبة لتلك القريبة من مجرة درب التبانة، حاجز الـ 100 سنة ضوئية.

وعلى النقيض تمامًا، تبرز المجرات الراديوية العملاقة كأكبر الكيانات المجرّية المعروفة، حيث قد يمتد قطرها لأكثر من ثلاثة ملايين سنة ضوئية، ما يُظهر الفرق الهائل في الحجم بين هذين النوعين. أما بالنسبة للمجرات الحلزونية الكبيرة، مثل مجرة أندروميدا الشهيرة، فيتراوح قطرها عادةً ما بين 100 ألف و500 ألف سنة ضوئية، ما يضعها في مكانٍ متوسطٍ بين الأحجام القصوى.

أما فيما يتعلق بـ كتل المجرات، فإنّ تحديدها بدقة يُعتبر تحديًا كبيرًا بسبب وجود الهالات السوداء غير المرئية التي تُحيط بالمجرات، والتي تُشكّل الجزء الأكبر من كتلتها. هذه الطبيعة الخفية تجعل غالبية كتلة المجرات مجهولةً بالنسبة لنا.

ومع ذلك، يُمكن للعلماء قياس الكتلة الكلية للمواد المرئية الموجودة ضمن نطاق نصف قطر المجرة، أي تلك التي تظهر فيها النجوم والغازات، وذلك باستخدام أنظمة قياسٍ مُختلفة. ووفقًا لهذه القياسات، تتراوح كتل المجرات بين 100 ألف ضعف كتلة الشمس وصولًا إلى ما يُقارب تريليون (1,000,000,000,000) ضعف كتلة الشمس، ما يُعطينا فكرة عن الضخامة الهائلة لهذه التجمعات النجمية.

تطور المجرات

يتناول موضوع تطور المجرات العمليات المعقدة التي تشكل من خلالها هذا الكون غير المتجانس انطلاقًا من حالة أولية متجانسة، مرورًا بتكوين المجرات البدائية وصولًا إلى التنوع الهائل في هياكل المجرات التي نشاهدها اليوم.

فبعد تصنيف المجرات إلى أنواع مختلفة، سواء كانت حلزونية أو إهليلجية أو غير منتظمة، تبدأ رحلة تطورها بتشكل الهياكل الرئيسية خلال المليار سنة الأولى من عمر الكون، حيث تظهر المجموعات النجمية الكروية والثقب الأسود المركزي الذي يلعب دورًا حاسمًا في تنظيم نمو المجرة لاحقًا من خلال التحكم في كمية المادة المتدفقة إليها، بالإضافة إلى الانتفاخ المجري.

ويصاحب هذه المرحلة المبكرة من تطور المجرة انفجار كبير في معدل تكوين النجوم، ما يسهم في إضاءة المجرة وتطورها السريع. وخلال المليارين سنة التالية، تبدأ المادة المتراكمة بالاستقرار داخل قرص المجرة، بينما تستمر المجرة في التهام وامتصاص المواد المتوهجة من المجرات القزمة المحيطة بها بسرعات عالية طوال فترة حياتها، ما يغذي نموها ويزيد من كتلتها. وعندما تتكون العناصر الثقيلة بوفرة داخل المجرة، تبدأ الظروف المناسبة لتشكل الكواكب حول النجوم.

وتتأثر عملية تطور المجرات بشكل كبير بالتفاعلات والتصادمات مع المجرات الأخرى، حيث كانت عمليات اندماج المجرات شائعة جدًا في المراحل المبكرة من الكون، ما أدى إلى ظهور مجرات ذات أشكال غريبة وتطورات فريدة.

وعلى الرغم من المسافات الشاسعة بين النجوم، فإن غالبية الأنظمة النجمية لا تتأثر بشكل مباشر بالاصطدامات، إلا أن التجاذبات المتبادلة تعمل على تجريد الغاز والغبار بين النجوم، ما ينتج عنه مسارات طويلة من النجوم تُعرف باسم “ذيول المد والجزر”، وهي دليل على التفاعلات الجاذبية بين المجرات.

تجمعات المجرات

بعد الإجابة على سؤال ما هي أنواع المجرات وما هي أنواع المجرات الخاصة، سيتم الحديث عن تجمعات المجرات، حيث تمكن العلماء من تحديد تجمعات مختلفة للمجرات، إذ تقسم هذه التجمعات إلى ثلاثة فئات وهي؛ المجموعات والتجمعات غير المنتظمة والتجمعات الكروية، وفي ما يأتي سيتم الحديث عن هذه التجمعات الثلاثة:

المجموعات: هذا الرقم من التجمعات يضم مجموعات صغيرة يمكن أن تتكون ما بين عشرة إلى خمسون مجرة من أنواع مختلفة، وتم اكتشاف هذا النوع من التجمعات على أنه يمتد إلى حوالي خمسة مليون سنة ضوئية، وهذه المجموعة تشتمل على حوالي خمسون نظام يكون أغلب أنظمتها متكونة من المجرات القزمية.

التجمعات الغير منتظمة: هي مجموعة من التجمعات الضخمة الغير منتظمة والتي تنتمي إلى نوع المجرات الحلزونية والمجرات الإهليجية، وقد يصل مجموع هذه التجمعات إلى حوالي ألف نظام يمكن أن يمتد إلى مدة تتراوح بين حوالي عشرة إلى خمسين مليون سنة ضوئية.

التجمعات الكروية: ينتمي إلى هذا النوع من التجمعات معظم المجرات من النوع الإهلييج الهائل، وقد يصل قطر التجمعات إلى خمسون مليون سنة ضوئية، كما أن التجمعات الكروية تضم حوالي عشرة آلاف مجرة ويتواجد الأغلب من هذه المجرات في مركز التجمع.

ما هي أنواع المجرات

بعد الحديث عن المجرات وعن عمرها وحجمها وهيكلها سيتم الإجابة عن سؤال ما هي أنواع المجرات، حيث قام علماء الفلك القدامى بتحديد أنواع المجرات من خلال أشكالها وحسب، ومع تطور العلم وظهور التلسكوب، تمكن العلماء من تحديد أنواع المجرات اعتمادًا على شكلها بجانب بعض البيانات والمعلومات المكتسبة حول النجوم وحركتها، وفي ما يأتي سيتم الإجابة عن سؤال ما هي أنواع المجرات:

مجرات غير منتظمة

تُعدّ المجرات غير المنتظمة نوعًا فريدًا من المجرات يشكل ما يُقارب رُبع مجرات الكون المرئي، وتتميز هذه المجرات بأشكالها العشوائية التي تفتقر إلى أي بنية أو شكل مُحدد، ما يجعلها تبدو غريبة وغير مُنتظمة في نظر علماء الفلك، الذين يُطلقون عليها أحيانًا اسم “المجرات الشاذة”.

يُعتقد أن هذا المظهر غير المُنتظم ينشأ نتيجة لتفاعلات جاذبية مع مجرات أخرى، حيث يُرجّح أن تكون مجرة ضخمة قريبة أو عابرة قد تسببت في تشويه شكلها الأصلي من خلال قوى المد والجزر الكونية، ما أدى إلى ظهورها بهذا الشكل الفوضوي الذي يميزها عن المجرات الحلزونية والإهليلجية ذات الأشكال المُنتظمة.

المجرات الحلزونية

تُعتبر المجرات الحلزونية من أكثر أنواع المجرات شيوعًا وشهرةً في الكون، حيث تتميز هذه المجرات بهيكل فريد يتكون من قرص مسطح دوار، يشبه إلى حد كبير القرص الدائري، تنبثق منه أذرع حلزونية لولبية تمتد بشكل مميز ومنحنٍ بعيدًا عن مركز أو قلب المجرة، هذا القلب الذي يُعرف باسم الانتفاخ المركزي، وهو عبارة عن تجمع كثيف من النجوم، غالبًا ما يضم في وسطه ثقبًا أسودًا فائق الضخامة يمارس قوة جاذبية هائلة تؤثر على حركة النجوم والمادة المحيطة به.

بالإضافة إلى ذلك، تتميز بعض هذه المجرات الحلزونية بوجود شريط أو قضيب يمتد عبر مركز المجرة، يُعتقد أن هذا الشريط يلعب دورًا هامًا كقناة أو ممر لنقل وتوزيع الغازات والغبار الكوني والمواد النجمية، وحتى النجوم نفسها، من مركز المجرة إلى أطرافها وأذرعها الحلزونية، مما يؤثر على عمليات تكوين النجوم وتطورها داخل المجرة.

المجرات الإهليجية

تُعتبر المجرات الإهليلجية نوعًا مُميزًا من المجرات في الكون، حيث تتخذ أشكالًا تتراوح بين الكروي الكامل إلى البيضاوي المُفلطح، ما يُضفي عليها مظهرًا فريدًا. ما يُميز هذه المجرات أيضًا هو احتواؤها على نسبٍ كبيرة من المادة المُظلمة، وهي مادة افتراضية لا تتفاعل مع الضوء، ممّا يجعل رصدها مُباشرةً أمرًا صعبًا، لكن تأثيرها الثقالي يُمكن ملاحظته على حركة النجوم والمادة المرئية في المجرة.

في المُقابل، تتميز المجرات الإهليلجية بندرة وجود الغاز والغبار الكوني فيها، وهما المادتان الأساسيتان لتشكّل النجوم الجديدة، ولهذا السبب، فإن مُعدل تكوّن النجوم في هذه المجرات يُعتبر مُنخفضًا جدًا مُقارنةً بأنواع المجرات الأخرى كالحلزونية.

يُعتقد على نطاق واسع بين علماء الفلك أن المجرات الإهليلجية قد نشأت نتيجةً لعمليات اندماج أو تصادم بين مجرتين حلزونيتين أو أكثر، حيث يُؤدي هذا الاندماج العنيف إلى تغيير شكل المجرات الأصلية وتحويلها إلى الشكل الإهليلجي الذي نراه، كما يُساهم في توزيع النجوم والمادة بشكل مُختلف داخل المجرة الجديدة. هذه الخصائص تجعل المجرات الإهليلجية موضوعًا هامًا للدراسات الفلكية التي تسعى لفهم تطور المجرات وبنية الكون.

المجرات العدسية

تُعتبر المجرات العدسية نوعًا فريدًا من المجرات يجمع في خصائصه بين كل من المجرات الحلزونية والمجرات الإهليلجية، حيث تُظهر هذه المجرات شكلًا قرصيًا يشبه العدسة، وهو ما أكسبها هذا الاسم، وتتميز بانتفاخ مركزي يشبه المجرات الإهليلجية، بينما يُشبه قرصها المجرات الحلزونية، إلا أنها تفتقر إلى الأذرع الحلزونية الواضحة، ويُعرف هذا النوع من المجرات أيضًا باسم المجرات المحدبة.

وتُعد دراسة المجرات العدسية مجالًا بحثيًا نشطًا، حيث يُجري العديد من العلماء دراسات مُكثفة لفهم أصولها وتطورها، وكيفية تحول المجرات الحلزونية إلى مجرات عدسية بعد استهلاكها لمعظم غازاتها وتوقف تكوين النجوم الجديدة فيها، مما يجعلها جزءًا هامًا من تصنيف أنواع المجرات وفهم تطور الكون.

أنواع خاصة من المجرات

بعد التعرف على ما هي أنواع المجرات سيتم التعرف على بعض أنواع المجرات الخاصة، حيث يحتوي الكون على مجموعات خاصة من المجرات التي تختلف بالشكل وبعض الصفات التي تميزها عن بعضها البعض، حيث تساعد هذه الخصائص علماء الفلك في تصنيف المجرات بصورة موسعة ضمن تصنيفاتها العامة، وفي ما يأتي سيتم التعرف على بعض الأنواع الخاصة من المجرات والتي تعد إجابة تكميلية لسؤال ما هي أنواع المجرات:

المجرات النشطة

حيث تتميز هذه المجرات باحتوائها على ثقب أسود نشط، يعمل على دفع كميات كبيرة من الطاقة خارج المجرة، وعلى الرغم من الدراسات الواسعة حول هذه المجرات، إلا أن النشاط المفاجئ لهذه الثقوب لا يزال سرًا لم يكتشف بعد، كما يقوم هذا الثقب بإرسال الأشعة السينية وانبعاثات راديو يمكن اكتشافها على سطح الأرض.

المجرات القزمية

وهي من أصغر أنواع المجرات، وتتواجد بعض هذه المجرات بأشكال مسطحة يشار إليها باسم الأقزام الكروية، ولكن يصعب تحديد هذا النوع من المجرات من المجرات العادية بسبب عدم وجود تعريفات وخصائص واضحة تجعل إحدى المجرات قزمة والأخرى عادية.

المجرات النجمية

هي المجرات التي تتميز بنشاط كبير لنشأة نجوم جديدة فيها بالمقارنة بالمجرات الأخرى. حيث تتميز هذه المجرات بسرعة تكون النجوم الجديدة فيها، ويعتقد العلماء بأن هذه النجوم نشأت نتيجةً لتصادمات المجرة والتفاعلات التي تمر بها المجرة النجمية.

أغرب المجرات الكونية

في ظل التعرف على أنواع المجرات وأسمائها وصورها، سنوضح ما هي المجرات الغربة في الكون، حيث إنها غريبة الشكل، فمنها ما يشبه شكل قنديل البحر، ومنها ما ينعدم فيه وجود المظلمة التي تنتشر في الكون، وسنتعرف على تلك المجرات الغريبة فيما يلي:

• مجرة قنديل البحر: وهي عبارة عن مجرة حلزونية على شكل قنديل يسبح في الفضاء، حيث تتشكل النجوم في هذه المجرة داخل ذيل يتكون من الغبار والغاز.
• المجرة الميتة: هي أحد المجرات الكبيرة التي تتواجد على شكل قرص، وتكون سرعة دوران هذه المجرة ضعف سرعة دوران مجرة درب التبانة، ولكنها من المجرات الغير نشطة والتي لم تتمكن من صنع أي نجوم على مدار مليارات السنين.
• المجرة آكلة لحوم البشر: وهي عبارة عن مجرة عملاقة تقوم بالتهام المجرات الأصغر منها حجمًا، وقد أكدت الدراسات بأن هذه المجرة ستصطدم بمجرة درب التبانة في غضون 4.5 مليار سنة.
• مجرة العين: هذه المجرة واحدة من المجرات الحلزونية التي يتم تكوينها من كم كبير من النجوم والغبار، وهذه المجرة تظهر على هيئة مجرة تسبح في عين الفضاء.
• مجرة الأزهار: وهي عبارة عن مزيج بين مجرة حلزونية ومجرة بيضاوية ممتدة، حيث تشبه هذه المجرة البتلة التي تسبح في الفضاء، وتقع هذه المجرة على بعد 270 مليون سنة ضوئية عن كوكب الأرض.

مجرة درب التبانة

في ظل توضيح أنواع المجرات وأسمائها وصورها، سنهتم بعرض أهم مجرة يمكن الحديث عنها، حيث إنها المجرة التي تحتوي على كوكب الأرض وهو الكوكب الوحيد الذي يعيش عليه البشر، وبالتالي تعتبر هذه المجرة هي المجرة التي نتواجد داخلها.

مجرة درب التبانة عبارة عن مجرة حلزونية يمتد عمرها إلى حوالي مئة ألف سنة ضوئية، وفي حالة النظر إلى مجرة درب التبانة من الأعلى ستجد فيها انتفاخ مركزي محاط بحوالي أربعة أذرع لولبية ضخمة، ويقع النظام الشمسي على حافة أحد هذه الأذرع.

تم إطلاق اسم ذراع أوريون على الذراع الذي يحتوي على المجموعة الشمسية، وهو الذراع الذي يقع بين الذراعين الرئيسين الأول هو القوس والثاني هو ذراع فرساوس.

نظرًا لإن هذه المجرة تدور في الفضاء فيدور معها النظام الشمسي، وذلك بسرعة تعادل حوالي خمسمائة ألف وخمسة عشر ميل في الساعة الواحدة، ويوجد حول مجرة درب التبانة هالة كبيرة من الغازات الساخنة والتي تتواجد على مدار مئات السنين الضوئية، وتحتوي الأذرع الحلزونية للمجرة على كم هائل من الغازات والغبار.

تنشا النجوم الجديدة للمجرة داخل هذه الاذرع، كما أن مجرة درب التبانة تحتوي على ثقب يعرف باسم الثقب الأسود وهو الذي يقع في مركز المجرة، ومن الممكن أن يصل حجم هذا الثقب إلى مليارات أضعاف حجم الشمس.

تم قياس كتلة مجرة درب التبانة فوجد أنها تتراوح ما بين أربعمائة إلى سبعمائة وثمانون مليار لأضعاف كتلة الشمس، ويوجد بعض الحقائق التي تتعلق بمجرة درب التبانة ومن هذه الحقائق ما يلي:

• النجوم الأكثر انتشارًا في مجرة درب التبانة هي نجوم الأقزام الحمر.
• يوجد داخل مجرة درب التبانة نجوم تتواجد منذ فترة زمنية أكبر من تواجد بعض النجوم الذي يضمها النظام الشمسي نفسه.
• مجرة درب التبانة بها حوالي مائتان مليار من النجوم.
• يوجد مركز مجرة درب التبانة على مسافة حوالي ثلاثون ألف سنة ضوئية من المجموعة الشمسية.