در سال ۱۹۲۶ میلادی، ادوین هابل، ستاره‌شناس مشهور آمریکایی، طبقه‌بندی مورفولوژیکی خود را برای دسته‌بندی کهکشان‌ها توسعه داد. این طبقه‌بندی، کهکشان‌ها را با توجه به شکلی که دارند، به سه گروه اصلی تقسیم می‌کرد که عبارتند از: کهکشان‌های بیضوی، کهکشان‌های مارپیچی و کهکشان‌های کوژ. از آن زمان تا به امروز، ستاره‌شناسان وقت زیادی را صرف کرده‌اند تا پی ببرند که چگونه کهکشان‌ها در طول تکاملی چند میلیارد ساله، به شکل‌های بیضوی، کوژ و مارپیچی در می‌آیند.

یکی از نظریه‌هایی که در این خصوص وجود دارد و تقریباً پذیرفته شده است؛ بیان می‌کند که کهکشان‌ها با ادغام ستاره‌ها دچار تغییر می‌شوند. ابرهای کوچک‌تر ستاره‌ها با گرانش متقابل در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و در طول زمان، اندازه و شکل کهکشان را دچار تغییراتی می‌کنند. یعنی باید دو کهکشان با یکدیگر ادغام شوند تا ظاهر کلی کهکشان جدید تغییر کند. اما به تازگی یک مطالعه‌ی جدید که توسط گروهی بین‌المللی از پژوهشگران انجام شده، نشان می‌دهد که شکل‌گیری ستاره‌های جدید در مرکز کهکشان‌ها، به آن‌ها شکل ظاهری امروزی را بخشیده است و باعث شده تا برخی از آن‌ها بیضوی باشند، برخی دیگر مارپیچی و گروهی نیز کوژ شوند و این موضوع، به مسئله ادغام ارتباطی ندارد.

کِن-ایچی تاداکی، دانشجوی فوق دکترا و پژوهشگر همکار انستیتو فیزیک فرازمینی ماکس پلانک و یکی از اعضای رضدخانه‌ی ملی ژاپن (NAOJ) که سرپرستی این گروه پژوهشی را نیز بر عهده دارد، می‌گوید که اعضای گروه، به منظور درک بهتر دگرگونی‌های کهکشانی، نتایج مشاهداتی که از کهکشان‌های دوردست انجام شده بودند را جمع‌آوری و بررسی کرده است. این گروه، به کمک تلسکوپ‌های زمینی به بررسی ۲۵ کهکشان که در فاصله‌ی تقریبی ۱۱ میلیارد سال نوری از زمین قرار گرفته‌اند نیز پرداخته است. با مشاهده‌ی کهکشان‌هایی که در این فاصله قرار دارند، گروه پژوهشی می‌تواند ببیند که این کهکشان‌ها ۱۱ میلیارد سال پیش (۳ میلیارد سال پس از وقوع مه‌بانگ) به چه شکلی بوده‌اند.

تصویر ثبت شده از کهکشان کوژ NGC 524 توسط تلسکوپ فضایی هابل

۱۱ میلیارد سال پیش، دوره‌ای بوده که تعداد اندکی کهکشان در جهان وجود داشته است و پایه‌های بیشتر کهکشان‌های امروزی در آن زمان شکل گرفته است. کِن-ایچی تاداکی، در جریان بیانیه رسمی رصدخانه‌ی ملی ژاپن، گفت:

نظر جمعی کنونی بر این است که کهکشان‌های بیضوی، از برخورد کهکشان‌های دیسکی به وجود آمده‌اند؛ اما ما مطمئن نیستیم که تمام کهکشان‌های بیضوی چنین برخوردهایی را تجربه کرده باشند. ممکن است که یک علت دیگر نیز وجود داشته باشد که در شکل‌گیری این کهکشان‌ها دخیل است.

ثبت و دریافت نور ضعیف این کهکشان‌های دوردست، کار ساده‌ای نیست و این گروه مجبور شده از سه تلسکوپ زمینی برای ثبت تصاویری نسبتاً واضح استفاده کند. این گروه ابتدا از تلسکوپ ۸.۲ متری سوبارو واقع در هاوایی استفاده کرده است تا ۲۵ کهکشان را در این دوره‌ی آغازین شناسایی کند. آن‌ها از تلسکوپ سوبارو برای نشانه‌گذاری این کهکشان‌ها استفاده کردند و سپس به کمک تلسکوپ فضایی هابل و آرایه بزرگ میلی‌متری/زیر میلیمتری آتاکاما (ALMA) در شیلی، مشاهداتی از این کهکشان‌ها انجام دادند.

مراحل تکامل شکل ظاهری کهکشان

تلسکوپ فضایی هابل توانست نور ستاره‌های موجود در این کهکشان‌ها را ثبت کند تا شکل آن‌ها را همان‌طوری که ۱۱ میلیارد سال پیش بوده، به صورت واضح تشخیص دهد. آرایه آلما نیز امواج زیر میلیمتری ساطع شده از ابرهای سرد غبار و گاز این کهکشان‌ها را مشاهده کرد. در این نواحی سرد، ستاره‌های جدید شکل می‌گیرند. با ترکیب داده‌های این دو تلسکوپ، پژوهشگران توانستند یک تصویر با جزئیات بالا از این کهکشان‌های دوردست تهیه کنند و شکل ظاهری آن‌ها را همان‌طوری که ۱۱ میلیارد سال پیش بوده، مشاهده کنند. در آن دوران، شکل این کهکشان‌ها در حال تکامل بوده است.

تصاویر ثبت شده توسط تلسکوپ فضایی هابل، نشان دادند که کهکشان‌های اولیه، توسط یک جزء دیسک مانند محاصره شده بودند که یک تضاد مشهود با برجستگی مرکزی کهکشان داشته است . ما این موضوع را در کهکشان‌های مارپیچی و کوژ نیز شاهد هستیم و این یکی از ویژگی‌ها آن‌ها است. از سوی دیگر، تصاویر ثبت شده توسط آلما نشان دادند که در نزدیکی مرکز این کهکشان‌ها، مقادیر زیادی گاز و غبار وجود دارد و همین موضوع نشان می‌دهد که نرخ شکل‌گیری ستاره‌ها در این نواحی بسیار بالا است.

همان‌طوری که پیش‌تر گفته شد، نظریه‌ای وجود دارد که بیان می‌کند کهکشان‌ها با ادغام ستاره‌ها دچار تغییر می‌شوند و علت نرخ بالای شکل‌گیری ستاره‌ها نیز برخورد کهکشان‌ها است. این گروه پژوهشی برای آن‌که بتواند این نظریه را باطل کند، از تلسکوپ بسیار بزرگ (VLT) که در رصدخانه‌ی پارانال در شیلی قرار گرفته، استفاده کردند تا ثابت کنند در آن زمان، هیچ‌گونه برخورد کهکشانی صورت نگرفته است.

مشاهداتی از یک کهکشان در فاصله‌ی ۱۱ میلیارد سال نوری توسط تلسکوپ هابل و آرایه آلما انجام شده است

کِن-ایچی تاداکی در این خصوص می‌گوید:

در این‌جا شواهدی داریم که ثابت می‌کنند هسته‌های متراکم کهکشان‌ها می‌توانند بدون آن‌که برخورد کهکشانی صورت بگیرد، به وجود آیند.

این یافته‌ها می‌توانند باعث شوند که ستاره‌شناسان در نظریه‌هایی که در مورد تکامل کهکشانی و چگونگی به وجود آمدن ویژگی‌هایی همچون برجستگی مرکزی و بازوهای مارپیچی دارند، تجدید نظر کنند. این یافته‌ها نشان می‌دهند که احتمالاً ما باید در مورد مدل‌هایی که از چگونگی تکامل کیهان داریم، تجدید نظر کنیم. کسی چه می‌داند، شاید این یافته‌ها باعث شوند دانشمندان و ستاره‌شناسان در مورد چشم‌اندازی که از چند میلیارد سال آینده دارند نیز تجدید نظر کنند و در مورد آینده‌ی کهکشان راه شیری و برخورد آن با کهکشان آندرومدا نیز بیشتر فکر کنند.

مانند همیشه، هرچه بیشتر به اعماق جهان نگاه می‌کنیم، چیزهای بیشتری آشکار می‌شوند. با هر یافته‌ای که با انتظارات ما هم‌خوانی ندارند، ما مجبور می‌شویم که نظریه‌های خود را اصلاح کنیم و آن‌ها را از زاویه دیگری ببینیم.

نتایج این پژوهش‌ها به تازگی در نشریه Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.