How did the Milky Way get its shape? - Scott Hershberger

المترجم: Hani Eldalees

Within the Milky Way, the Earth resides on the inner edge of a spiral arm.

داخل مجرة درب التبانة، توجد الأرض على الحافة الداخلية للذراع الحلزوني.

But this isn’t our permanent address.

لكن هذا ليس عنواننا الدائم.

When most dinosaurs went extinct,

عندما انقرضت معظم الديناصورات، كان

our solar system was in a different arm than it is today!

نظامنا الشمسي في ذراع مختلف عما هو عليه اليوم!

The Milky Way never stops changing;

لا تتوقف مجرة درب التبانة أبدًا عن التغيير؛

even its structure continues to evolve.

حتى هيكلها يستمر في التطور.

To see why, let's start at our galaxy's very beginning.

لمعرفة السبب، دعونا نبدأ من بداية المجرة.

13 billion years ago,

قبل 13 مليار سنة،

propelled by supernovae and the general chaos of the early universe,

وبدافع من المستعرات الأعظمية والفوضى العامة للكون المبكر،

the gas and dust particles that eventually became our Milky Way

كانت جزيئات الغاز والغبار التي أصبحت

were whizzing around in every direction.

في النهاية درب التبانة تدور في كل اتجاه.

Each particle had a certain angular momentum—

كان لكل جسيم زخم زاوي معين -

the magnitude and direction of its rotation

حجم واتجاه دورانه

around the emerging galaxy’s center.

حول مركز المجرة الناشئة.

Just as the new galaxy’s total mass

مثلما كانت الكتلة الإجمالية للمجرة الجديدة

was the sum of the individual particles’ masses,

هي مجموع كتل الجسيمات الفردية، كان

the galaxy also had an angular momentum

للمجرة أيضًا زخم زاوي

that was the sum of the particles’ angular momenta.

يمثل مجموع العزم الزاوي للجسيمات .

So, despite the wild motion of its parts,

لذلك، على الرغم من الحركة البرية لأجزائها،

the galaxy as a whole was rotating about an axis.

كانت المجرة ككل تدور حول محور.

Meanwhile, the gas and dust particles frequently collided,

وفي الوقت نفسه، تصطدم جزيئات الغاز والغبار بشكل متكرر، مما

losing some energy to heat.

يؤدي إلى فقدان بعض الطاقة للحرارة.

Because they slowed down,

ولأنها تباطأت، تمكنت

gravity was able to pull them closer to the galactic center.

الجاذبية من تقريبها من مركز المجرة.

So, why did the Milky Way, like most galaxies, become flat,

إذن، لماذا أصبحت مجرة درب التبانة، مثل معظم المجرات، مسطحة

and not spherical like stars and planets?

وليست كروية مثل النجوم والكواكب؟

The answer lies in its angular momentum.

تكمن الإجابة في زخمها الزاوي.

The laws of physics dictate that in the absence of external forces,

تنص قوانين الفيزياء على أنه في حالة عدم وجود قوى خارجية، يجب

the total angular momentum of an object or system has to stay the same over time.

أن يظل الزخم الزاوي الكلي لجسم أو نظام كما هو بمرور الوقت.

In a star or planet, the spinning material is so dense

في النجم أو الكوكب، تكون المادة الدوارة كثيفة جدًا لدرجة

that the outward pressure partners with gravity

أن الضغط الخارجي يتعاون مع الجاذبية

to create a mostly spherical shape.

لإنشاء شكل كروي في الغالب.

But emerging galaxies tend to have low densities and high angular momenta,

لكن المجرات الناشئة تميل إلى أن تكون ذات كثافة منخفضة وعزم زاوي مرتفع،

meaning that the spinning motion is a more significant factor

مما يعني أن حركة الدوران هي عامل

than the outward pressure.

أكثر أهمية من الضغط الخارجي.

Indeed, if a galaxy has a lower angular momentum,

في الواقع، إذا كانت المجرة ذات زخم زاوي أقل، يمكن أن يتشكل شكل

an egg shape can form.

بيضة.

In galaxies like the Milky Way,

في المجرات مثل درب التبانة،

particles, instead of falling directly towards the center,

تميل الجسيمات، بدلاً من السقوط مباشرة نحو المركز،

tended to fall parallel to the axis of rotation,

إلى السقوط بالتوازي مع محور الدوران،

as to keep the larger total angular momentum constant.

وذلك للحفاظ على ثبات الزخم الزاوي الكلي الأكبر.

Over billions of years the cloud of particles gradually fell,

على مدى مليارات السنين، سقطت سحابة الجسيمات تدريجيًا،

sped up in their orbits, and created a spinning disc.

وتسارعت في مداراتها، وشكلت قرصًا دوارًا.

Now what about the arms?

الآن ماذا عن الأسلحة؟

Spiral arms, like the one Earth is in,

الأذرع الحلزونية، مثل تلك الموجودة على الأرض،

are regions where stars and gas are packed more tightly together.

هي مناطق تتجمع فيها النجوم والغاز معًا بشكل أكثر إحكامًا.

But the arms aren't static structures.

لكن الأذرع ليست هياكل ثابتة.

They are caused by zones of compression that travel through the galaxy as waves.

تحدث بسبب مناطق الضغط التي تنتقل عبر المجرة على شكل موجات.

Just as a whirlpool has multiple peaks and troughs,

مثلما تحتوي الدوامة على قمم وأحواض متعددة، فإن

a density wave in a galaxy has multiple regions of high density—

موجة الكثافة في المجرة تحتوي على مناطق متعددة ذات كثافة عالية -

the bright spirals— separated by regions of lower density.

الحلزونات الساطعة - مفصولة بمناطق ذات كثافة أقل.

And as the wave travels,

ومع انتقال الموجة، تدخل النجوم

different stars are constantly entering and leaving the spirals.

المختلفة باستمرار وتغادر الحلزونات.

Density waves can form in several ways.

يمكن أن تتشكل موجات الكثافة بعدة طرق.

For some galaxies, a nearby companion galaxy stirs the pot.

بالنسبة لبعض المجرات، تقوم مجرة مصاحبة قريبة بتحريك الوعاء.

Its gravitational pull breaks the disc’s symmetry,

إن جاذبيته تكسر تناظر القرص،

generating a wave that could last for a billion years.

وتولد موجة يمكن أن تستمر لمليار سنة.

For other galaxies,

بالنسبة للمجرات الأخرى،

the presence of a small clump of tightly packed stars and gas within the galaxy

يمكن أن يكون لوجود مجموعة صغيرة من النجوم والغازات المكدسة

can have a ripple effect, spontaneously giving rise to a wave.

بإحكام داخل المجرة تأثير مضاعف، مما يؤدي تلقائيًا إلى ظهور موجة.

This is thought to be the cause of the Milky Way's spirals.

يُعتقد أن هذا هو سبب الحلزونات في مجرة درب التبانة.

In both scenarios,

في كلا السيناريوهين،

the galaxy’s overall rotation bends the dense region into spirals,

يؤدي الدوران الكلي للمجرة إلى انحناء المنطقة الكثيفة إلى حلقات

which rotate around the galaxy’s center.

حلزونية تدور حول مركز المجرة.

Our solar system is orbiting the galactic center faster than the spiral arms.

يدور نظامنا الشمسي حول مركز المجرة بشكل أسرع من الأذرع الحلزونية.

We’ll be moving deeper into our current arm for millions of years

سنتعمق في ذراعنا الحالي لملايين السنين

before eventually putting it in our rearview mirror.

قبل أن نضعه في النهاية في مرآة الرؤية الخلفية.

And recent observations have added another wrinkle to the picture.

وقد أضافت الملاحظات الأخيرة تجعدًا آخر للصورة.

Rather than just one density wave,

بدلاً من مجرد موجة كثافة واحدة،

a typical spiral galaxy likely has two or more waves that overlap with each other

قد تحتوي المجرة الحلزونية النموذجية على موجتين أو أكثر تتداخل مع بعضها البعض

and travel at different speeds.

وتنتقل بسرعات مختلفة.

The result would be spiral arms that last for tens or hundreds of millions of years

ستكون النتيجة أذرع لولبية تدوم لعشرات أو مئات الملايين من السنين

before breaking apart and re-forming.

قبل أن تتفكك وتعيد تشكيلها.

This may be happening in the Milky Way,

قد يحدث هذا في مجرة درب التبانة،

meaning that when the Earth formed 4.5 billion years ago,

مما يعني أنه عندما تشكلت الأرض قبل 4.5 مليار سنة،

the spirals themselves may have looked entirely different than they do today.

ربما بدت الحلزونات نفسها مختلفة تمامًا عما هي عليه اليوم.

In any case, our spirals won't last forever.

على أي حال، لن تدوم اللوالب الخاصة بنا إلى الأبد.

About 5 billion years from now,

بعد حوالي 5 مليارات سنة من الآن،

the Milky Way will start to merge with the Andromeda galaxy,

ستبدأ مجرة درب التبانة في الاندماج مع مجرة أندروميدا، مما يؤدي إلى

throwing off the balance of angular momentum and creating an egg shape—

التخلص من توازن الزخم الزاوي وخلق شكل بيضة -

the birth of a new era in our galaxy’s history.

ولادة حقبة جديدة في تاريخ مجرتنا.