راه شیری

نام‌شناسی

این نام اصطلاح لاتینِ via lactea است که دلیل این نام‌گذاری، دیده شدنِ نوارهٔ کم‌رنگی از نورِ تشکیل شده بوسیلهٔ ستاره‌های وابسته به کهکشان است که از زمین به این‌گونه دیده می‌شود. برخی منابع به‌طور قاطع گفته‌اند که عبارتِ راه شیری منحصراً اشاره به نواره نوری دارد که خودِ کهکشان در شب تولید می‌کند، در حالی که نامِ کهکشانِ راه شیری باید برای اشاره به خودِ کهکشان هم به‌کار رود.
با این حال، معلوم نیست گستردگی این قرار داد چگونه است، و عبارت راه شیری به‌طور مداوم در هر دو مفهوم استفاده می‌شود.

نمای ظاهری

کهکشان راه شیری، شب‌ها در آسمانی کاملاً تاریک (به دور از نور ماه و آلودگی نوری) به صورت نوار سفید کم رنگی در آسمان دیده می‌شود. پهنای این نوار تقریباً ۳۰ درجه است.
راه شیری کهکشانی مارپیچی میله‌ای است. شکل کلی کهکشان‌های مارپیچی را می‌توان به یک دیسک یا قرص تشبیه کرد. بخش اصلی اجزای تشکیل دهندهٔ کهکشان (ستاره‌ها، گاز و غبار) در قالب بازوهای مارپیچی در سطح تخت این دیسک قرار دارند. ستارگان کمتری نیز به صورت هاله‌ای اطراف دیسک را دربر گرفته‌اند.
این ساختار مارپیچی تنها در صورتی قابل مشاهده است که بیننده‌ای در خارج کهکشان از روبه‌رو به آن نگاه کند. ما به عنوان بیننده‌ای که از داخل صفحهٔ کهکشان به آن می‌نگریم، اجزای واقع در صفحهٔ کهکشان را به صورت نوار دایره‌ای شکل متراکمی از ستارگان، دورتادور خود می‌بینیم. این همان راه شیری است که شب‌ها در آسمان می‌بینیم. اجزای واقع در هالهٔ کهکشان را نیز که تراکم کمتری دارند، به صورت ستارگانی مجزا در سایر قسمت‌های آسمان مشاهده می‌کنیم.
به این ترتیب، علاوه بر نوار شیری‌رنگ مورد اشاره، تمام ستارگان دیگری نیز که با چشم غیرمسلح در آسمان می‌بینیم، متعلق به کهکشان راه شیری هستند و این نوار نورانی تنها نشانگر آن دسته از ستارگان راه شیری است که در راستای صفحهٔ کهکشان قرار گرفته‌اند. بخش‌هایی از راه کهکشان که تاریک به نظر می‌رسند، به علت وجود گاز و غبار میان ستاره‌ای است که مانع از رسیدن نور ستارگان زمینه به چشم ما می‌شود.
درخشندگی سطحی کهکشان راه شیری کم است و تنها در آسمانی با حد قدر ۵٫۱ یا بیشتر قابل رویت است. به این ترتیب در مناطق شهری و حومه که آلودگی نوری قابل توجهی وجود دارد و همچنین در شب‌هایی که ماه در آسمان نورافشانی می‌کند، دیدن آن ممکن نیست.
بخش قابل رویت صفحه کهکشان راه شیری، گستره‌ای شامل ۳۰ صورت فلکی را در آسمان اشغال کرده‌است. مرکز کهکشان در صورت فلکی کمان قرار دارد که از سایر بخش‌ها پرنورتر است.
صفحهٔ کهکشان با دائرةالبروج یا همان صفحهٔ مداری زمین (صفحهٔ منظومهٔ شمسی) تقریباً زاویه‌ای ۶۰ درجه می‌سازد.

اندازه و جرم

راه شیری بعد از کهکشان اندرومدا بزرگترین کهکشان در گروه محلی است. قطر صفحهٔ کهکشان راه شیری حدود ۱۰۰ هزار سال نوری یا ۳۰۰۰۰ پارسک است (تقریباً ۱۰۱۷ کیلومتر). ضخامت این صفحه در بیشتر نقاط حدود ۱۰۰۰ سال نوری است ولی در مرکز آن به ۱۲۰۰۰ سال نوری می‌رسد.
تعداد ستارگان کهکشان راه شیری بین ۱۰۰ تا ۴۰۰ میلیارد تخمین زده می‌شود. شمردن ستاره‌های یک کهکشان غیرممکن است. حتی در کهکشانی مانند اندرومدا که همسایهٔ نزدیک راه شیری است، تنها تعداد کمی از ستارگان بسیار پرنور را می‌توان با تلسکوپ تشخیص داد. دانشمندان با روش‌هایی مانند بررسی حرکت چرخشی کهکشان‌ها و همچنین طیف‌سنجی، جرم یک کهکشان را محاسبه می‌کنند. سپس بر اساس آن، تعداد ستارگان کهکشان را تخمین می‌زنند.
اندازه‌گیری‌های اخیر توسط (VLBA) نشان داده‌است که کهکشان راه شیری بسیار حجیم تر از آن است که قبلاً تصور می‌شد. جرم کهکشان ما در حال حاضر مشابه با جرم بزرگترین کهکشان همسایه، آندرومدا، در نظر گرفته می‌شود. محققان با استفاده از (VLBA) و با استفاده از فرضیات کمتری نسبت به تلاش قبلی، قادر به اندازه‌گیری تغییرات ظاهری کهکشان و مناطق پرت و دور افتاده‌ای که ستاره‌ها در آنجا شکل می‌گیرند، هستند. البته در زمانی که زمین در سمت مخالف خورشید باشد. جدیدترین و دقیق‌ترین سرعتی که برای چرخش کهکشان در نظر گرفته می‌شود، در حدود ۲۵۴ کیلومتر بر ثانیه‌است، و این به میزان قابل توجهی بیشتر از مقدار قبلی یعنی ۲۲۰ کیلومتر بر ثانیه‌است. با توجه به روش مورد استفاده و داده‌های گوناگون موجود مقادیر مختلفی برای جرم کهکشان راه شیری تخمین زده‌اند.
در تحقیق صورت گرفته در سال ۲۰۱۳ جرم این کهکشان را از حدود ۱٫۵ تریلیون برابر تا ۴٫۵ تریلیون برابر جرم خورشید تخمین زده‌اند.

سن

سن قدیمی‌ترین ستاره‌ای که تاکنون در کهکشان کشف شده(HE ۱۵۲۳–۰۹۰۱) در حدود ۱۳/۶ میلیارد سال تخمین زده شده‌است (تقریباً به قدمت جهان) که با استفاده از اشعهٔ ماورای بنفش طیف‌سنج بزرگ برای اندازه‌گیری حجم برلیم دو ستارهٔ خوشه دی کروی تخمین زده شده‌است. زمان سپری شده بین ظهور اولین نسل ستاره در کهکشان راه شیری و اولین نسل ستاره در خوشه بین ۲۰۰ تا۳۰۰ میلیون سال استنباط شده‌است. با در نظر گرفتن اینکه سن تخمین زده شده برای ستاره‌ها در خوشهٔ کروی۸/۰±۴/۱۳ میلیارد سال است، سن قدیمی‌ترین ستاره‌ها در راه شیری در حدود ۸/۰±۶/۱۳ میلیارد سال تخمین زده می‌شود. صفحهٔ نازک کهکشانی نیز بین ۵/۶ تا۱/۱۰ میلیارد سال پیش شکل گرفته‌است.

ساختار

کهکشان متشکل از یک صفحهٔ نواری شکل است که توسط صفحه‌ای از گاز، غبار و چهار بازوی ستاره شکل احاطه شده که ساختار مارپیچی به سمت بیرون دارند. توزیع جرم کهکشان بسیار شبیه طبقه‌بندی Sbc Hubble است، که یک کهکشان مارپیچی است. ستاره‌شناسان در سال ۱۹۹۰به مدت یک دهه گمان می‌کردند که راه شیری یک کهکشان مارپیچی محدود است، به جای اینکه یک کهکشان مارپیچی معمولی باشد، در سال ۲۰۰۵ با مشاهدات تلسکوپ اسپیتزر که نشان داد نوار مرکزی کهکشان بزرگتر از آن است که قبلاً تصور می‌شد، شک آن‌ها برطرف شد.
به نظر می‌رسد که جرم کهکشان راه شیری در حدود ۱۰۱۱× ۸/۵ برابر جرم خورشید است و شامل ۲۰۰تا۴۰۰بیلیون ستاره‌است. تصور می‌شود که بیشتر جرم کهکشان مربوط به مواد تاریک است، جرم مادهٔ تاریک هاله مانند ۶۰۰تا۳۰۰۰برابر جرم خورشید است که به‌طور یکنواخت توزیع شده‌است.

مرکز

در فاصله بین ۷۰ تا ۱۰۰ هزار سال نوری از خورشید مرکز کهکشان وجود دارد که یک سیاه‌چاله کلان‌جرم و خوشه‌های ستاره‌ای کروی زیادی وجود دارد.
صفحهٔ کهکشانی که برآمدگی ای به سمت بیرون دارد، دارای قطری در حدود ۷۰۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ سال نوری است. فاصلهٔ صفحهٔ کهکشانی تا خورشید۱۴۰۰±۲۶۰۰۰ سال نوری تخمین زده شده، در حالی که تخمین قبلی خورشید را دورتر ۳۵۰۰۰سال نوری از مرکز برآمدگی قرار می‌داد.
مرکز کهکشانی یک جسم بزرگ به هم پیوسته‌است که به نظر می‌رسد بقیه مواد به دور آن می‌چرخند. یک منبع رادیویی قوی با نام کماندار به این فکر افتاده‌است که از مرکز کهکشان راه شیری عکس‌برداری کند، که اخیراً تأیید شده که دارای یک سیاه چالهٔ بسیار حجیم در مرکز آن است. تصور می‌شود که بیشتر کهکشان‌ها دارای یک سیاه چالهٔ بسیار بزرگ در مرکزشان هستند.
نوار کهکشان راه شیری که به نظر می‌رسد۲۷۰۰۰سال نوری درازا دارد، به سمت مرکز کهکشان ادامه پیدا می‌کند با زاویه‌ای حدود ۱۰±۴۴درجه نسبت به خط بین خورشید و کهکشان؛ که در درجهٔ اول از ستاره‌های سرخ تشکیل شده، و این یک باور باستانی است. این نوار توسط حلقه‌ای احاطه شده که به حلقهٔ kpc-۵معروف است، که شامل بخش بزرگی از هیدروژن مولکولی حاضر در کهکشان است. همچنین بیشتر ستاره‌های راه شیری ستاره‌های فعالی هستند، که از کهکشان همسایه، آندرومدا، دیده می‌شوند؛ که این امر بیانگر قابلیت بالای کهکشان ما است.

بازوهای مارپیچ

هر بازوی چرخشی توصیف یک لگاریتم است، با انحرافی در حدود ۱۲ درجه. تا همین اواخر باور بر این بود که ۴ بازوی مارپیچی بزرگ وجود دارد که همه از نزدیکی مرکز کهکشان شروع می‌شوند، که اسامی آن‌ها از قرار زیر است:
کله غازی:۳-kpc و بازوی برساووش.
بنفش:بازوی گونیا خارجی (بلند به همراه محتویات تازه کشف شده)
سبز:بازوی سپر-چلیپا
صورتی :شاه تخته و بازوی کمان.
نارنجی:شکارچی و بازوی ماکیان (که شامل خورشید و منظومهٔ شمسی است)
مشاهدات رابرت بنیامین در سال ۲۰۰۸ از دانشگاه ویسکانسین- وایت واتر اریه شد که نشان می‌داد که راه شیری تنها دارای دو بازوی بزرگ ستاره‌ای است: بازوی برساووش و بازوی سپر-قنطورس، بقیه بازوها یا کوچک هستند یا الحاقی؛ و این به این معناست که کهکشان راه شیری از نظر ظاهر شبیه NGC ۱۳۶۵ است.
خارج از بازوهای بزرگ چرخشی حلقهٔ تکشاخ یا حلقهٔ بیرونی قرار دارد، پیشنهادی توسط دو ستاره‌شناس با نام‌های برایان یانی و هیدی جو نیوبرگ اریه شده مبنی بر اینکه حلقهٔ گاز و ستاره را بیلیون‌ها سال پیش از کهکشان جدا شده.
همان‌طور که برای بیشتر کهکشان‌ها مرسوم است، توزیع جرم در کهکشان راه شیری به گونه‌ای است که سرعت مداری بیشتر ستاره‌ها بستگی چندانی به فاصله از مرکز ندارد. به دور از برآمدگی مرکزی یا لبهٔ بیرونی، سرعت رایج ستاره‌ای بین ۲۱۰ تا۲۴۰ کیلومتر بر ثانیه‌است. از این رو سرعت مداری ستاره مستقیماً متناسب است با طول مسیری که می‌پیماید. این برخلاف وضعیت در داخل منظومهٔ شمسی است، که نیروی جاذبهٔ دو جسم و اجسامی که می‌چرخند دارای سرعت‌های متفاوت ولی مرتبط هستند.
این تفاوت یکی از شواهد دال بر وجود جسم سیاه است. یکی دیگر از جنبه‌های جالب اصطلاح «باد کردن» بازوهای مارپیچی است. اگر قسمت داخلی بازوها سریعتر از قسمت خارجی بچرخد ساختار مارپیچی بازوها از بین خواهد رفت. اما چنین چیزی در کهکشان‌های مارپیچی دیده نشده، به جای آن، ستاره‌شناسان فرض می‌کنند که الگوی چرخشی یک موج چگال است که از مرکز کهکشان نشات می‌گیرد؛ و این شبیه ترافیک در بزرگراه هاست که ماشین‌ها همه در حال حرکت هستند، اما همیشه قسمتی وجود دارد که در آن ماشین‌ها آهسته حرکت می‌کنند. این مدل تصدیق این واقعیت است که تراکم ستاره‌ها در داخل یا نزدیک بازوهای چرخشی بیشتر است.

هاله

صفحهٔ کهکشانی احاطه شده توسط هاله‌ای کروی از ستاره‌های قدیمی و خوشه‌های کروی، که ۹۰درصد آن‌ها در فاصلهٔ ۱۰۰۰۰۰سال نوری قرار گرفته‌اند. فرض بر این است که قطر هالهٔ ستاره‌ای در حدود۲۰۰۰۰۰سال نوری است. با این حال تعداد بسیار کمی خوشهٔ کروی در فواصل دورتر پیدا شده‌است، مانندPLA۴ و AM۱ که در فاصله‌ای دورتر از۲۰۰۰۰۰سال نوری از مرکز کهکشان قرار دارند. در حدود ۴۰ درصد این خوشه‌ها حرکتی برگشت دهنده دارند، یعنی حرکت آن‌ها خلاف جهت چرخش راه شیری است.
صفحهٔ گازی در برخی طول موج‌ها کدر به نظر می‌رسد، در حالی که مؤلفهٔ کروی اینطور نیست. شکل‌گیری و چیدمان ستاره‌های فعال در این صفحه انجام می‌گیرد، نه در هاله. خوشه‌های باز نیز عمدتاً در این صفحه رخ می‌دهند.
اکتشافات اخیر بر دانش ما نسبت به ساختار منظومهٔ شمسی افزوده‌است. با این کشف که صفحهٔ کهکشانی کهکشان آندرومدا بسیار بزرگتر از آن است که قبلاً تصور می‌شد، این احتمال که صفحهٔ کهکشانی راه شیری گسترش بیشتری داشته باشد قوی تر می‌شود؛ و این گواه بر کشف جدید، بازوی صلیب شمالی است. با کشف کماندار کهکشان بیضوی کوتوله کشف شد. نوار کهکشانی باقی‌مانده به عنوان اجرام چرخنده‌ای که مربوط به کوتوله‌است و برهم کنش آن با راه شیری باعث از بین رفتن آن می‌شود. مشابهاً با کشف کهکشان کوتولهٔ سگ بزرگ، این امر نمایان شد که حلقهٔ باقیماندهٔ کهکشان که از برهم کنش با راه شیری به‌وجود آمده، صفحهٔ کهکشانی را محصور می‌کند.
در ۹ ژانویهٔ سال ۲۰۰۶ماریو جوریس و عده‌ای دیگر، از دانشگاه پرینستون اعلام کردند که شبیه‌ساز آسمان شمالی یک ساختار بزرگ خنثی در داخل منظومه شمسی پیدا کرده که با مدل قبلی سازگاری ندارد. مجموعه‌ای از ستاره‌ها بالا می‌روند و نزدیک می‌شوند به خط عمود بر بازوهای مارپیچی کهکشان. تفسیر پیشنهادی اینست که کوتولهٔ کهکشان به احتمال زیاد با راه شیری ادغام می‌شوداین کهکشان به‌طور آزمایشی به دوشیزهٔ ستارگان روان نام گرفت که در جهت خود دوشیزه است با فاصله‌ای در حدود ۳۰۰۰۰سال نوری.

مکان خورشید و همسایگی آن

خورشید ممکن است در نزدیکی لبهٔ داخلی بازوی شکارچی کهکشان، در پف کردگی محلی در داخل حباب، و در کمربند گولد در فاصلهٔ ۱۱۰۰±۲۷۲۰۰ سال نوری از مرکز یافت شود. خورشید در حال حاضر در ۳۰–۵پارسک از صفحهٔ مرکزی کهکشان قرار دارد. فاصلهٔ بین بازوی محلی و بازوی بعد، بازوی برساووش، در حدود ۶۵۰۰ سال نوری است. خورشید و متعاقباً منظومهٔ شمسی در منطقهٔ قابل سکونت کهکشان یافت می‌شوند.
در حدود ۲۰۸ ستاره با درخشندگی بیشتر از ۵/۸در ۱۵ پارسکی خورشید قرار دارند. به عبارت دیگر ۶۴ ستاره ناشناخته در ۵ پارسکی خورشید قرار دارد. چگالی ای در حدود ۱۲۲/۰در هر مکعب در یک پارسک؛ و این نشان دهندهٔ این واقعیت است که بیشتر ستاره‌ها از درخشندگی کمتر از ۵/۸برخوردارند.
نقطهٔ اوج حرکت خورشید، یا نقطهٔ اوج خورشیدی، در جهتی است که خورشید در فضا در کهکشان راه شیری حرکت می‌کند. جهت عمومی حرکت خورشید به سمت ستارهٔ وگا بدر نزدیکی صورت فلکی هرکول با زاویهٔ ۶۰ درجهٔ آسمانی در جهت مرکز کهکشان است.انتظار می‌رود که مدار خورشیدی در اطراف کهکشان بیضوی باشد، به دلیل بازوهای مارپیچی و توزیع غیر یکنواخت توده‌ها. به علاوه خورشید به سمت بالا و پایین نوسان می‌کند به خاطره صفحهٔ کهکشانی به تعداد ۷/۲بار در هر چرخش؛ و این بسیار شبیه کار کردن نوسانگری است که بدون اعمال هیچ نیرویی نوسان می‌کند.
بین ۲۲۵تا ۲۵۰ میلیون سال طول می‌کشد تا منظومهٔ شمسی یک دور کامل در راه شیری بزند (سال کهکشانی). بنابراین به نظر می‌رسد ۲۰تا۲۵ دور کامل در طول عمر خورشید بزند. سرعت چرخش منظومهٔ شمسی حول مرکز در حدود ۲۲۰کیلومتر بر ثانیه است در این سرعت ۱۳۶۳ سال طول می‌کشد که منظومهٔ شمسی یک سال نوری را طی کند.

تعداد سیاره‌ها

در ژانویه ۲۰۱۳ پژوهشگران و ستاره‌شناسان مؤسسه فناوری کالیفرنیا اعلام کردند که در کهکشان راه شیری به ازای هر ستاره دست کم یک سیاره موجود است. این مؤسسه تعداد سیاره‌های فراخورشیدی را ۱۰۰ تا ۴۰۰ میلیارد عدد، برآورد کرده‌است. پژوهش بر روی سیاره‌های ستاره کپلر ۳۲ نشان می‌دهد که سامانه‌های سیاره‌ای ممکن است الگو و قاعده‌ای برای ستاره‌های کهکشان راه شیری به‌شمار بروند.
ستاره‌شناسان مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین در گزارش خود اعلام کردند دست کم ۱۷ میلیارد سیاره فراخورشیدی زمین‌سان در کهکشان راه شیری مستقر می‌باشد.

جریان ذرات در مرکز کهکشان

در ژانویه ۲۰۱۳ یک جریان خروجی بسیار بزرگ از ذرات شارژ شده که به شکل یک آبفشان است، در مرکز کهکشان راه شیری کشف گردید. این جریان خروجی به کشیدگی و درازای ۵۰٬۰۰۰ سال نوری از صفحه کهکشانی است. محققین بر این باورند که سوخت و انرژِی این جریان شدید ذرات، از شکل‌گیری ستاره‌ها تأمین می‌شود.