Hubble’s Galaxy Classification: Spiral, Elliptical, Irregular

تصنيف هابل للمجرات: الحلزونية، الإهليلجية، غير المنتظمة

خصائص أنواع المجرات المختلفة، بما في ذلك معدلات تكوين النجوم والتطور المورفولوجي

في نسيج الكون المرصود، تظهر المجرات بتنوع مدهش من الأشكال والأحجام—من أذرع لولبية رشيقة مصفوفة بمناطق تكوين النجوم إلى "كرات" إهليلجية ضخمة من النجوم المسنة، وحتى أشكال فوضوية وغير منتظمة تتحدى التصنيف السهل. هذا التنوع الواسع دفع علماء الفلك الأوائل للبحث عن نظام تصنيف يمكنه إبراز كل من الميزات المورفولوجية والروابط التطورية المحتملة.

الإطار الأكثر ديمومة هو تصنيف شوكة ضبط هابل، الذي اقترح في عشرينيات القرن العشرين وتم تحسينه على مدى عقود ليشمل تقسيمات فرعية وتدرجات أدق. اليوم، يواصل علماء الفلك استخدام هذه المجموعات الواسعة—اللولبيات، الإهليلجيات، وغير المنتظمة—لوصف تجمعات المجرات. في هذه المقالة، سنتعمق في خصائص كل نوع رئيسي، وخصائص تكوين النجوم لديهم، وكيف يمكن أن يتطور الشكل المورفولوجي عبر الزمن الكوني.

1. الخلفية التاريخية وشوكة الضبط

1.1 مخطط هابل الأصلي

في عام 1926، نشر إدوين هابل ورقة بحثية مهمة توضح تصنيفه المورفولوجي للمجرات [1]. رتب المجرات في مخطط "شوكة الضبط":

  1. الإهليلجيات (E) على الفرع الأيسر—تتراوح من دائرية تقريبًا (E0) إلى ممدودة جدًا (E7).
  2. اللولبيات (S) واللولبيات المحاطة بشريط (SB) على الفرع الأيمن—لولبيات غير محاطة بشريط على أحد الفروع، ولولبيات محاطة بشريط على الفرع الآخر، مقسمة أكثر حسب بروز الانتفاخ المركزي وانفتاح أذرع اللولب (Sa، Sb، Sc، إلخ).
  3. العدسات (S0) التي تجسر الفجوة بين الإهليجيات والحلزونات، تتميز بقرص لكنها تفتقر إلى هيكل حلزوني بارز.

لاحقًا، قام فلكيون آخرون (مثل ألان ساندج، جيرار دي فوكلور) بتحسين نظام هابل الأصلي، مضيفين مزيدًا من التفاصيل الشكلية (مثل الهياكل الحلقية، أشكال القضبان الدقيقة، الحلزونات flocculent مقابل التصميم الكبير).

1.2 شوكة الضبط والفرضية التطورية

اقترح هابل في الأصل (وبشكل مبدئي) أن الإهليجيات قد تتطور إلى حلزونات من خلال بعض العمليات الداخلية. ألغت الأبحاث اللاحقة هذا المفهوم إلى حد كبير: الفهم الحديث يرى هذه الفئات كنتائج متباينة لتاريخ تكوين مختلف، رغم أن الاندماجات والتطور العلماني يمكن، في سياقات معينة، أن تحول الأشكال. لا يزال "شوكة الضبط" أداة وصفية قوية، لكنها لا تمثل بالضرورة تسلسلًا تطوريًا صارمًا.

2. المجرات الإهليجية (E)

2.1 الشكل والتصنيف

غالبًا ما تكون الإهليجيات كرات ناعمة وخالية من الملامح من الضوء، مع هيكل مرئي قليل. يتم تصنيفها من E0 إلى E7 بناءً على زيادة الإهليلجية (E0 تقريبًا دائري، E7 ممدود جدًا). بعض الجوانب:

  • قرص ضئيل: على عكس الحلزونات، تفتقر الإهليجيات إلى مكون قرصي كبير، حيث تدور النجوم في مدارات أكثر عشوائية.
  • نجوم أقدم وأكثر احمرارًا: يهيمن على التجمع النجمي عادة نجوم أقدم منخفضة الكتلة، مما يعطي لونًا أحمرًا عامًا.
  • غاز أو غبار قليل: غالبًا ما تحتوي الإهليجيات على غاز بارد قليل، رغم أن بعضها، خاصة الإهليجيات العملاقة في العناقيد، قد يحتوي على غاز أشعة إكس ساخن في هالات ممتدة.

2.2 معدلات تكوين النجوم والتجمعات السكانية

تمتلك الإهليجيات عمومًا معدل تكوين نجوم حالي منخفض جدًا—فمخزون الغاز البارد نادر. بلغ تكوين النجوم ذروته في وقت مبكر من التاريخ الكوني، مكونًا كريات كبيرة من النجوم القديمة الغنية بالمعادن. في بعض الإهليجيات، يمكن أن تحفز اندماجات صغيرة أو تراكم الغاز حلقات صغيرة من تكوين النجوم الجديدة، لكن هذا نادر.

2.3 سيناريوهات التكوين

تشير النظرية الحديثة إلى أن الإهليجيات العملاقة غالبًا ما تتشكل من خلال اندماجات كبرى لمجرات قرصية. تخلق هذه التفاعلات العنيفة مدارات نجمية عشوائية، مما يؤدي إلى توزيع كروي [2, 3]. قد تنشأ الإهليجيات الأصغر من عمليات أقل دراماتيكية، لكن الفكرة الأساسية هي أن تجميع كتلة كبير أو اندماج عادة ما يحول المجرة بعيدًا عن الهيكل الحلزوني، مما يوقف تكوين النجوم.

3. المجرات الحلزونية (S)

3.1 الميزات العامة

تتميز المجرات الحلزونية بـ أقراص دوارة من النجوم والغاز، غالبًا مع انتفاخ مركزي. يدعم قرصها الأذرع الحلزونية، التي يمكن أن تكون كبيرة ومحددة جيدًا أو أكثر بقعًا ("flocculent"). قسم هابل الحلزونات أساسًا حسب:

  1. تسلسلات Sa, Sb, Sc:
    • Sa: نتوء كبير ومضيء، أذرع ملتفة بإحكام.
    • Sb: نسبة نتوء إلى قرص متوسطة، أذرع أكثر انفتاحًا.
    • Sc: نتوء صغير، أذرع ملتفة بشكل فضفاض، مناطق تكوين نجوم أكثر امتدادًا.
  2. اللولبيات ذات الأشرطة (SB): هيكل شبيه بالشريط يعبر النتوء المركزي؛ الفئات الفرعية SBa، SBb، SBc تعكس الفروق السابقة في النتوء والأذرع.

3.2 معدلات تكوين النجوم

تميل اللولبيات إلى أن تكون الأكثر نشاطًا في تكوين النجوم من الفئات الرئيسية (باستثناء بعض الانفجارات النجمية في الأنظمة غير المنتظمة). ينهار الغاز في القرص على طول موجات كثافة لولبية، مما يثير تكوينًا مستمرًا للنجوم الجديدة. يبرز توزيع النجوم الزرقاء والمضيئة في الأذرع هذه العملية المستمرة. تظهر البيانات الرصدية أن اللولبيات من النوع المتأخر (Sc، Sd) غالبًا ما تحتوي على تكوين نجوم أكثر نسبةً إلى الكتلة الكلية، مما يعكس خزانات أكبر من الغاز البارد [4].

3.3 أقراص المجرات والنتوءات

يحتوي قرص اللولبية على معظم الوسط بين النجمي البارد (ISM) والنجوم الأصغر سنًا، بينما يكون النتوء غالبًا أقدم وأكثر كروية. نسبة كتلة النتوء إلى كتلة القرص ترتبط بنوع هابل (مجرات Sa لها نسبة نتوء أكبر من Sc). يمكن للأشرطة أن توجه الغاز من القرص إلى الداخل، تغذي النتوء أو الثقب الأسود المركزي، وأحيانًا تغذي انفجارات نجمية أو نوى مجرية نشطة (AGN).

4. المجرات العدسية (S0)

مجرات S0، التي تُسمى أحيانًا “lenticulars”، تحتل موقعًا شكليًا وسيطًا—تحافظ على قرص مثل اللولبيات لكنها تفتقر إلى أذرع لولبية أو مناطق تكوين نجوم كبيرة. يمكن أن تكون أقراصها فقيرة نسبيًا بالغاز، أشبه بالسكان الإهليلجيين من حيث اللون (نجوم قديمة وحمراء). غالبًا ما توجد مجرات S0 في بيئات العناقيد، حيث قد يؤدي تجريد الضغط الريحي أو “مضايقة” المجرات إلى إزالة غازها، مما يوقف تكوين النجوم وفعليًا “يحول” اللولبية إلى S0 [5].

5. المجرات غير المنتظمة (Irr)

5.1 سمات المجرات غير المنتظمة

المجرات غير المنتظمة تتحدى التصنيف الهيكلي المنظم لللولبيات أو الإهليلجيات. تظهر أشكالًا فوضوية، غالبًا بدون نتوء أو نمط قرصي متماسك، مع تجمعات نجمية متفرقة أو بقع غبارية. هناك نوعان فرعيان رئيسيان:

  • Irr I: بعض الهيكل الجزئي أو الباقي، قد يشبه قرصًا حلزونيًا متضررًا.
  • Irr II: غير متبلور للغاية، بدون هيكل منهجي يمكن تمييزه.

5.2 تكوين النجوم والتأثيرات الخارجية

عادةً ما تكون المجرات غير المنتظمة صغيرة أو متوسطة الكتلة النجمية ولكن يمكن أن يكون لديها معدلات تكوين نجوم مرتفعة بشكل غير متناسب بالنسبة لحجمها (على سبيل المثال، Large Magellanic Cloud). يمكن للتفاعلات الجاذبية مع الجيران الأكثر ضخامة، والقوى المدية، أو الاندماجات الحديثة أن تنتج جميعها أشكالًا غير منتظمة وتثير انفجارات نجمية [6]. في بيئة منخفضة الكثافة، قد تظل المجرة الصغيرة غير منتظمة إذا لم تكتسب كتلة كافية لتشكيل قرص مستقر.

6. معدلات تكوين النجوم عبر الأشكال

تشكل المجرات على طول طيف "شوكة ضبط" هابل أيضًا استمرارية في معدلات تكوين النجوم (SFR) وخصائص السكان النجمية:

  • Late-Type Spirals (Sc, Sd) والعديد من Irregulars: نسبة غاز عالية، معدل تكوين نجوم مرتفع، أعمار نجمية متوسطة أصغر، ضوء أزرق أكثر من النجوم الجديدة الضخمة.
  • Early-Type Spirals (Sa, Sb): تكوين نجوم معتدل النشاط، غاز أقل، بروز أكبر.
  • Lenticulars (S0) وEllipticals: عادةً "حمراء وميتة"، تكوين نجوم جاري قليل، سكان نجمية أقدم.

هذا الربط بين الفئة الشكلية وتكوين النجوم ليس مطلقًا—يمكن للاندماجات أو التفاعلات أن تجعل المجرات البيضاوية تكتسب غازًا أو تحفز تكوين النجوم، في حين قد تكون بعض الحلزونات هادئة إذا نفد الغاز المكون للنجوم. ومع ذلك، تبقى الاتجاهات الإحصائية العامة صحيحة في المسوحات الكبيرة [7].

7. المسارات التطورية: الاندماجات والعمليات العلمانية

7.1 الاندماجات: محرك رئيسي

أحد الطرق الرئيسية للتحول الشكلي هو اندماجات المجرات. عندما تصطدم مجرتان حلزونيتان متقاربتان في الكتلة، غالبًا ما توجه العزوم الجاذبية العنيفة الغاز إلى المركز، مما يحفز انفجار نجمي وفي النهاية يبني هيكلًا أكثر كروية إذا كان الاندماج كبيرًا. يمكن للاندماجات المتكررة عبر الزمن الكوني أن تشكل مجرات بيضاوية عملاقة في نوى العناقيد. يمكن للاندماجات الصغيرة أو استحواذ الأقمار الصناعية أيضًا أن تشوه الأقراص أو تعزز تكوين القضبان، مما يدفع تصنيف الحلزونية قليلاً.

7.2 التطور العلماني

لا تتطلب كل التغيرات الشكلية تصادمات خارجية. التطور العلماني يشمل عمليات داخلية على مدى فترات زمنية أطول:

  • Bar Instabilities: Bars can drive gas inward, fueling central star formation or AGN, possibly building a pseudo-bulge.
  • Spiral Arm Dynamics: Over time, wave patterns can reorganize stellar orbits, gradually reshaping the disk.
  • Environmental Stripping: Galaxies in clusters may lose gas due to hot intracluster medium interactions, drifting from a star-forming spiral to a gas-poor S0.

تسلط هذه التحولات الطفيفة الضوء على أن التصنيف الشكلي ليس دائمًا ثابتًا بل يمكن أن يتغير استجابةً للبيئة، والتغذية الراجعة، والعمليات الديناميكية الداخلية [8].

8. الرؤى الرصدية والتنقيحات الحديثة

8.1 المسوحات العميقة والمجرات ذات الانزياح الأحمر العالي

تتبع التلسكوبات مثل Hubble وJWST والمرصدات الأرضية الكبيرة المجرات إلى عصور كونية أقدم. هذه الأنظمة ذات الانزياح الأحمر العالي أحيانًا لا تتناسب بدقة مع الفئات الشكلية المحلية—أقراص "مكتلة" متكررة، مناطق تكوين نجوم غير منتظمة، أو "قطع" ضخمة مدمجة. مع مرور الزمن الكوني، تستقر العديد منها في النهاية في أشكال حلزونية أو بيضاوية أكثر معيارية، مما يشير إلى أن تسلسل هابل هو ظاهرة جزئية في وقت متأخر.

8.2 الشكلية الكمية

بعيدًا عن الفحص البصري، يستخدم الفلكيون معايير مثل مؤشر سيرسيك، معامل جيني، M20، ومقاييس أخرى لقياس توزيع الضوء والتكتل بشكل كمي. تكمل هذه الجهود نظام هابل الكلاسيكي، مما يمكّن المسوحات الكبيرة والمؤتمتة من تصنيف آلاف أو ملايين المجرات بشكل منهجي [9].

8.3 الأنواع غير العادية

بعض المجرات تتحدى التصنيف البسيط. تكشف المجرات الحلقية، المجرات ذات الحلقات القطبية، ومجرات البروز الفولية عن تاريخ تكوين غريب (مثل التصادمات، القضبان، أو الاستحواذ المدّي). تذكرنا أن التصنيف الشكلي هو مخطط مريح لكنه ليس شاملاً بالكامل.

9. السياق الكوني: تسلسل هابل عبر الزمن

يبقى سؤال كبير: كيف يتغير نسبة المجرات الحلزونية مقابل الإهليلجية مقابل غير المنتظمة عبر التاريخ الكوني؟ تظهر الملاحظات:

  • المجرات غير المنتظمة/الشاذة تظهر أكثر شيوعًا عند انزياحات حمراء أعلى، مما يعكس على الأرجح اندماجات مكثفة وهياكل غير مستقرة في الكون المبكر.
  • المجرات الحلزونية تبدو وفيرة عبر نطاق واسع من العصور، وإن كانت غالبًا أكثر غنى بالغاز ومتكتلة في الماضي.
  • الإهليلجيات تصبح أكثر شيوعًا في بيئات العناقيد وفي أوقات لاحقة، عندما يكون الاندماج الهرمي قد بنى أنظمة ضخمة وهادئة.

تحاول المحاكاة الكونية إعادة إنتاج هذه المسارات التطورية، مطابقة توزيعات الأنواع الشكلية عند انزياحات حمراء مختلفة.

10. الأفكار الختامية

تصنيف هابل للمجرات أثبت استمراريته بشكل ملحوظ رغم ما يقرب من قرن من التقدم الفلكي. تمثل الحلزونات، الإهليلجيات، وغير المنتظمة عائلات شكلية واسعة ترتبط ارتباطًا قويًا بتاريخ تكوين النجوم، والبيئة، والديناميكيات واسعة النطاق. ومع ذلك، وراء هذه التسميات المريحة يكمن شبكة معقدة من المسارات التطورية—الاندماجات، العمليات العلمانية، والتغذية الراجعة—التي يمكن أن تعيد تشكيل المجرات على مدى مليارات السنين.

تستمر التآزر بين التصوير العميق، التحليل الطيفي عالي الدقة، والمحاكاة العددية في تحسين رؤيتنا لكيفية انتقال المجرات من حالة شكلية إلى أخرى. سواء كان ذلك في كشف العمالقة الإهليلجية الحمراء والميتة في نوى العناقيد، أو الأذرع الحلزونية المضيئة التي تضيء أقراص المجرات، أو الأشكال غير المنتظمة الفوضوية في انفجارات النجوم القزمة، يظل حديقة الحيوانات الكونية للمجرات واحدة من أغنى المجالات في علم الفلك—مما يضمن أن مخطط تصنيف هابل، رغم كونه كلاسيكيًا، يتطور مع توسع فهمنا للكون.

المراجع والقراءة الإضافية

  1. Hubble, E. (1926). “السدم خارج المجرة.” المجلة الفلكية، 64، 321–369.
  2. Toomre, A. (1977). “الاندماجات وبعض العواقب.” تطور المجرات والسكان النجمية، مرصد جامعة ييل، 401–426.
  3. Barnes, J. E., & Hernquist, L. (1992). “Dynamics of interacting galaxies.” Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 30, 705–742.
  4. Kennicutt, R. C. (1998). “Star Formation in Galaxies Along the Hubble Sequence.” Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 36, 189–232.
  5. Dressler, A. (1980). “Galaxy morphology in rich clusters – Implications for the formation and evolution of galaxies.” The Astrophysical Journal, 236, 351–365.
  6. Schweizer, F. (1998). “Galactic Mergers: Facts and Fancy.” SaAS FeS, 11, 105–120.
  7. Blanton, M. R., & Moustakas, J. (2009). “Physical Properties and Environments of Star-forming Galaxies.” Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 47, 159–210.
  8. Kormendy, J., & Kennicutt, R. C. (2004). “Secular Evolution and the Formation of Pseudobulges in Disk Galaxies.” Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 42, 603–683.
  9. Conselice, C. J. (2014). “The Evolution of Galaxy Structure Over Cosmic Time.” Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 52, 291–337.

 

← المقال السابق                    المقال التالي →

 

 

العودة إلى الأعلى

العودة إلى المدونة