The birth of the galaxy in 60 seconds - Scott Hershberger

Translator: Kourosh Ghaniyoun Reviewer: Sadegh Vahdati Nia

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

زمین در گوشه‌ی داخلی یکی از بازوهای مارپیچ راه شیری قرار دارد.

But this isn’t our permanent address.

اما این آدرس دائمیِ ما نیست.

When most dinosaurs went extinct,

زمانی که بیشتر دایناسورها منقرض شدند،

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

منظومه‌ی خورشیدی ما در بازوی متفاوتی قرار داشت.

The Milky Way never stops changing;

راه شیری همیشه در حال تغییر است؛

even its structure continues to evolve.

حتی ساختار آن نیز در حال تکامل است.

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

برای درک علتِ آن، باید کار را از زمان پیدایش کهکشانمان آغاز کنیم.

13 billion years ago,

۱۳ میلیارد سال قبل،

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

تحت تأثیر ابَرنواختر و هرج‌ومرجی که بر روزهای نخستینِ کیهان حاکم بود،

the gas and dust particles that eventually became our Milky Way

ذرات گاز و غباری که سرآخر کهکشان راه شیری ما را شکل دادند

were whizzing around in every direction.

با سرعت زیادی در همه‌ی جهات حرکت می‌کردند.

Each particle had a certain angular momentum—

هر ذره تکانه‌ی زاویه‌ای مشخصی داشت -

the magnitude and direction of its rotation

میزان و جهت چرخش آن

around the emerging galaxy’s center.

پیرامون مرکز کهکشانِ در حال شکل‌گیری.

Just as the new galaxy’s total mass

همانطور که جرم کل این کهکشان نوپا

was the sum of the individual particles’ masses,

برابر بود با مجموع جرم تک‌تک ذرات،

the galaxy also had an angular momentum

تکانه‌ی زاویه‌ای کهکشان نیز

that was the sum of the particles’ angular momenta.

با مجموع تکانه‌های زاویه‌ای ذرات برابر بود.

So, despite the wild motion of its parts,

پس، علی‌رغم جنبش لجام‌گسیختۀ ذرات،

the galaxy as a whole was rotating about an axis.

کل کهکشان داشت حول یک محور می‌چرخید.

Meanwhile, the gas and dust particles frequently collided,

در همین حین، ذرات گاز و غبار مکرراً به هم برخورد می‌کردند،

losing some energy to heat.

و بخشی از انرژی‌شان به گرما تبدیل می‌شد.

Because they slowed down,

با کاهش سرعت ذرات،

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

جاذبه آن‌ها را می‌کشید و به مرکز کهکشان نزدیک‌تر می‌کرد.

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

پس، چرا راه شیری، مانند بیشتر کهکشان‌ها، تخت شد،

and not spherical like stars and planets?

و مانند ستاره‌ها و سیارات کروی نشد؟

The answer lies in its angular momentum.

به علت تکانه‌ی زاویه‌ای آن.

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

بر اساس قوانین فیزیک، در غیاب نیروهای خارجی،

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

باید تکانه‌ی زاویه‌ای کلِ یک شیء یا سیستم در طول زمان ثابت بماند.

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

در یک ستاره یا سیاره، مواد در حال چرخش چنان متراکم هستند

that the outward pressure partners with gravity

که فشار بیرونی با جاذبه ادغام می‌شود

to create a mostly spherical shape.

و شکلی خلق می‌کند که غالباً کروی است.

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

اما کهکشان‌های در حال پیدایش معمولاً تراکم کم و تکانه‌ی زاویه‌ای زیادی دارند،

meaning that the spinning motion is a more significant factor

که به‌تبع آن تأثیرِ حرکت گردشی

than the outward pressure.

از فشار بیرونی بیشتر می‌شود.

Indeed, if a galaxy has a lower angular momentum,

در واقع، اگر تکانه‌ی زاویه‌ای کهکشان کمتر باشد،

an egg shape can form.

ممکن است شکل تخم‌مرغ به خود بگیرد.

In galaxies like the Milky Way,

در کهکشان‌هایی مانند راه شیری،

particles, instead of falling directly towards the center,

ذرات، به جای آنکه مستقیماً به سمت مرکز کشیده شوند،

tended to fall parallel to the axis of rotation,

بیشتر موازی با محور چرخش حرکت می‌کردند،

as to keep the larger total angular momentum constant.

و تکانه‌ی زاویه‌ای کل را ثابت نگه می‌داشتند.

Over billions of years the cloud of particles gradually fell,

طی میلیاردها سال، ابر ذرات به‌تدریج پایین آمد،

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

سرعت چرخشش در مدار بیشتر شد، و یک صفحه‌ی چرخان به وجود آورد.

Now what about the arms?

برای بازوها چه اتفاقی افتاد؟

Spiral arms, like the one Earth is in,

بازوهای مارپیچ، مانند همانی که زمین در آن قرار دارد،

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

نواحی‌ای هستند که گاز و ستاره‌ها تنگاتنگ هم قرار گرفته‌اند.

But the arms aren't static structures.

اما بازوها ساختارهای ایستایی نیستند.

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

بازوها برآمده از نواحیِ فشرده‌سازی‌اند که در قالب موج در سراسر کهکشان سفر می‌کنند.

Just as a whirlpool has multiple peaks and troughs,

درست همانطور که جکوزی فراز و نشیب دارد،

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

موج چگالی یک کهکشان نیز چندین ناحیه با چگالی بالا دارد -

the bright spirals— separated by regions of lower density.

یعنی مارپیچ‌های درخشان - که با نواحی دارای چگالی کم از هم جدا شده‌اند.

And as the wave travels,

همزمان با حرکت این موج،

different stars are constantly entering and leaving the spirals.

ستاره‌های مختلف پیوسته وارد مارپیچ می‌شوند و از آن خارج می‌شوند.

Density waves can form in several ways.

موج چگالی می‌تواند به طرق مختلفی شکل بگیرد.

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

برای بعضی از کهکشان‌ها، یک کهکشان نزدیک می‌تواند عامل آن باشد.

Its gravitational pull breaks the disc’s symmetry,

کشش گرانشیِ آن تقارن صفحه را بر هم می‌زند،

generating a wave that could last for a billion years.

و موجی ایجاد می‌کند که ممکن است میلیاردها سال دوام بیاورد.

For other galaxies,

برای سایر کهکشان‌ها،

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

وجود توده‌ای کوچک از گاز و ستاره‌های به‌شدت فشرده در درون کهکشان

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

می‌تواند موجب اثر موجی شود، و در لحظه یک موج ایجاد کند.

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

حالت دوم است که عامل شکل‌گیری مارپیچ‌های راه شیری تلقی می‌شود.

In both scenarios,

در هر دو حالت،

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

چرخش کلیِ کهکشان، ناحیه‌ی متراکم را در انحنای مارپیچ‌هایی قرار می‌دهد

which rotate around the galaxy’s center.

که حول مرکز کهکشان می‌چرخند.

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

منظومه‌ی شمسیِ ما با سرعت بیشتری از بازوهای مارپیچ دور مرکز کهکشان می‌چرخد.

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

ما چند میلیون سال در درون بازوی فعلی پیشروی خواهیم کرد

before eventually putting it in our rearview mirror.

تا بالأخره در آینه‌ی پشتی‌مان قرار بگیرد.

And recent observations have added another wrinkle to the picture.

بر اساس مشاهدات اخیر، جزئیات بیشتری نیز به این تصویر افزوده شده است.

Rather than just one density wave,

یک کهکشان مارپیچ معمولی،

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

نه فقط یک موج چگالی، بلکه دو موج یا بیشتر دارد که هم‌پوشانی می‌کنند

and travel at different speeds.

و با سرعت‌های متفاوتی حرکت می‌کنند.

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

حاصلش بازوهای مارپیچی خواهد بود که ده‌ها یا صدها سال دوام می‌آورند

before breaking apart and re-forming.

تا بالأخره متلاشی شوند و از نو شکل بگیرند.

This may be happening in the Milky Way,

این ممکن است برای راه شیری نیز اتفاق بیفتد،

meaning that when the Earth formed 4.5 billion years ago,

که یعنی وقتی زمین ۴.۵ میلیارد سال قبل شکل گرفت،

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

شاید ظاهر مارپیچ‌ها با امروز کاملاً متفاوت بوده باشد.

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

در هر صورت، مارپیچ‌های ما تا ابد بر جای نخواهند ماند.

About 5 billion years from now,

حدود ۵ میلیارد سال بعد،

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

راه شیری با کهکشان آندرومدا تلفیق خواهد شد،

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

توازن تکانه‌ی زاویه‌ای به هم خواهد خورد و کهکشان به شکل تخم‌مرغ در خواهد آمد -

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

آغاز عصری جدید در تاریخ کهکشان ما.