در یک شب صاف و بدون آلودگی نوری می‌توان نورهای درخشان شهر کهکشانی‌ راه شیری را در آسمان شب مشاهده کرد. این طیف سفید شیری از ستاره‌ها، گاز و غبار، پنجره‌ای به روی جهان اطراف ما است.

در قلب راه شیری، سیاه‌چاله‌ای کلان‌جرم به نام کمان ای* قرار دارد. این سیاه‌چاله با جرمی بالغ بر ۴ میلیون خورشید، هر چیزی را در نزدیکی خود جارو می‌کند و از منبع عظیم مواد ستاره‌ای اطرافش حریصانه تغذیه می‌کند. در سال ۲۰۲۲ برای اولین بار تصویری از این سیاه‌چاله منتشر شد.

بررسی راه شیری همیشه دشوار بوده است. گاهی ستاره‌شناس‌ها تلاش برای مطالعه‌ی راه شیری را با تلاش برای توصیف ابعاد و ساختار جنگل در حالی که در میان درختان جنگل قرار داریم، مقایسه می‌کنند. از جایگاهمان در زمین، قطعا نمی‌توانیم اشراف کاملی به راه شیری داشته باشیم؛ اما دو تلسکوپ فضایی که از دهه‌ی ۱۹۹۰ پرتاب شدند با داده‌های خود عصر طلایی پژوهش‌های راه شیری را رقم زدند. گام‌های عمده به‌ویژه با پرتاب فضاپیمای گایا از آژانس فضایی اروپا در سال ۲۰۱۳ برداشته شد.

تلسکوپ‌ها به ستاره‌شناس‌ها امکان دادند تا شکل و ساختار اولیه‌ی برخی از نزدیک‌ترین کهکشان‌ها را تفکیک کنند؛ اما بازسازی شکل و ساختار کهکشان خانه‌مان کاری دشوار و کند بوده است. این فرآیند شامل ساخت کاتالوگ‌هایی از ستاره‌ها، ردیابی موقعیت‌ آن‌ها در آسمان شب و تخمین فاصله‌شان از زمین است.

یان اورت، ستاره‌شناس هلند که گاهی با عنوان استاد منظومه کهکشانی از او یاد می‌شود، اولین شخصی بود که متوجه شد راه شیری بی‌حرکت نیست بلکه می‌چرخد و سرعت حرکت ستاره‌های مختلف در اطراف مرکز راه شیری را تخمین زد. نام ابر اورت که منطقه‌ای شامل تریلیون‌ها دنباله‌دار دور از خورشید است، برگرفته از نام این ستاره‌شناس است.

به تدریج، چشم‌انداز پیچیده‌ای از یک کهکشان مارپیچی به دست آمد که به نظر کاملا عادی می‌رسید. در مرکز راه شیری، سیاه‌چاله‌ی غول‌پیکر کمان ای* با جرمی بالغ بر چهار میلیون خورشید قرار دارد. این سیاه‌چاله در سال ۱۹۷۴ کشف شد و می‌توان آن را با تلسکوپ‌های رادیویی در نزدیکی صورت فلکی کمان رصد کرد.

همه‌چیز در راه شیری در گذرگاهی می‌چرخد که به هیچ ختم می‌شود. در اطراف این نقطه‌ی هیچ (سیاه‌چاله)، منطقه‌ای متراکم از گاز و غبار و ستاره‌ها موسوم به برآمدگی کهکشانی قرار دارد. درباره‌ی راه شیری این برآمدگی به شکل بادام‌زمینی است و قطرش به ۱۰ هزار سال نوری می‌رسد. این برآمدگی میزبان ۱۰ میلیارد ستاره از ۲۰۰ میلیارد ستاره‌ی کل کهکشان است. اغلب ستاره‌های این بخش از نوع غول‌های سرخ قدیمی هستند که در مراحل اولیه‌ی تکامل کهکشان شکل گرفتند.

در آن سوی برآمدگی، دیسک کهکشانی قرار دارد که قطر آن به ۱۰۰ هزار سال نوری و ضخامتش به ۱۰۰۰ سال نوری می‌رسد و میزبان اغلب ستاره‌های کهکشان از جمله خورشید است. ستاره‌های داخل دیسک در میان ابرهای گاز و غبار ستاره‌ای پراکنده شده‌اند. وقتی هنگام شب به آسمان نگاه کنید، چشم‌انداز لبه‌ی این دیسک به سمت مرکز کهکشان را می‌بینید که بسیار چشمگیر است.

ستاره‌های داخل دیسک حول مرکز کهکشان می‌چرخند و جریان‌های چرخانی را شکل می‌دهند که به نظر می‌رسد مانند بازوها از برآمدگی کهکشانی سرچشمه می‌گیرند. پژوهش درباره‌ی مکانیزم‌های شکل‌گیری بازوهای چرخان هنوز راه زیادی در پیش دارند، اما جدیدترین مطالعات نشان می‌دهند این بازوها در بازه‌ی زمانی کوتاه ۱۰۰ میلیون سال (از عمر ۱۳ میلیارد ساله کهکشان) شکل گرفته‌اند.

داخل بازوها، ستاره‌ها، گاز و غبار به شکلی متراکم در نواحی دیسک کهکشانی منسجم شده‌اند و این افزایش چگالی به شکل‌گیری تعداد بیشتری از ستاره‌ها می‌انجامد. درنتیجه ستاره‌های داخل دیسک کهکشانی جوان‌تر از ستاره‌های موجود در برآمدگی هستند.

بازوهای مارپیچی به جاده‌های پرترافیک از گاز و ستاره‌ها شباهت دارند که به‌آرامی در بازوها حرکت می‌کنند. مواد با عبور از بازوهای متراکم مارپیچی، فشرده می‌شوند و به شکل‌گیری ستاره‌های بیشتری می‌انجامند. راه شیری در حال حاضر دارای چهار بازوی مارپیچی است. دو بازوی اصلی، برساووش و کمان-شاه‌تخته هستند و بازوهای محلی و کمان دو بازوی کوچک‌تر به شمار می‌روند. دانشمندان با داده‌های فضاپیمای گایا به بررسی موقعیت و شکل دقیق این بازوها می‌پردازند.

دیسک راه شیری تخت نیست، بلکه خمیده است. این دیسک در حین چرخش، مانند فرفره‌ای لغزنده حرکت می‌کند. این لغزش به‌ویژه نوسان عظیم حول مرکز کهکشانی اندکی آهسته‌تر از ستاره‌های داخل دیسک است و چرخش کامل آن ۶۰۰ تا ۷۰۰ میلیون سال به طول می‌انجامد. به باور ستاره‌شناس‌ها، این نوسان می‌تواند حاصل برخورد راه شیری با کهکشانی دیگر در گذشته باشد.

خوشه‌های سراسری در اطراف دیسک و برآمدگی کهکشانی قرار دارند که مجموعه‌ای از ستاره‌های باستانی و همچنین ۵۰ کهکشان کوتوله را تشکیل می‌دهند که در مدار راه شیری قرار دارند یا با آن برخورد کرده‌اند. تمام این‌ها با هاله‌ای کروی از گاز و غبار احاطه شده‌اند که دو برابر دیسک است. به باور ستاره‌شناس‌ها، کل کهکشان راه شیری در یک هاله‌ی بزرگ‌تر از ماده‌ی تاریک قرار دارد. از آنجا که ماده‌ی تاریک هیچ نوری منتشر نمی‌کند، وجود آن را تنها بر اساس آثار گرانشی‌اش بر حرکت ستاره‌های کهکشان می‌توان تشخیص داد. بر اساس محاسبه‌ها، ماده‌ی تاریک ۹۰ درصد از جرم راه شیری را تشکیل می‌دهد.

خورشید ۲۶ هزار سال نوری از سیاه‌چاله‌ی کمان ای* در مرکز راه شیری فاصله دارد. ستاره‌ی ما با سرعت ۸۲۸ هزارکیلومتر بر ساعت، پس از تقریبا ۲۳۰ میلیون سال مدارش به دور کهکشان را کامل می‌کند.

خورشیدی در نزدیکی لبه‌ی بازوی محلی راه شیری قرار دارد که یکی از دو بازوی کوچک کهکشان به شمار می‌رود. ستاره‌شناس‌ها در سال ۲۰۱۹ با استفاده از داده‌های مأموریت گایا متوجه شدند که خورشید روی موجی از گازهای میان‌ستاره‌ای به طول ۹۰۰۰ سال نوری، عرض ۴۰۰ سال نوری و ارتفاع نوسانی ۵۰۰ سال نوری بالا و پائین دیسک کهکشانی در حرکت است. سیاره‌های منظومه‌ی شمسی در صفحه‌ی کهکشان نمی‌چرخند، بلکه دارای انحراف ۶۳ درجه‌ای هستند. درست مانند این است که ما به پهلو در کهکشان حرکت می‌کنیم.

سیاه‌چاله‌ی مرکز کهکشان راه شیری، کمان ای* نامیده می‌شود. این سیاه‌چاله غالبا خاموش است و همین ویژگی رصد آن را دشوار می‌سازد. بر اساس یافته‌های رینهارد گنزل و آندرا گز در سال ۲۰۰۸، کمان ای* دارای جرم تقریبی ۴٫۳ میلیون خورشید است. قطر تقریبی این سیاه‌چاله به ۲۳٫۵ میلیون کیلومتر می‌رسد.

دیسک عظیم گازی اطراف کمان ای* تا فاصله‌ی ۵ الی ۳۰ سال نوری از سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم گسترش یافته است. این دیسک بسیار عظیم و نازک است و بخش گازی آن مواد لازم برای فعالیت کمان ای* را فراهم می‌کند. این منطقه همچنین به دلیل تغذیه‌ی گازی سیاه‌چاله، پرتوی ایکس از خود منتشر می‌کند، زیرا به دلیل اصطکاک داخل دیسک دمای آن تا ۱۰ میلیون درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش می‌یابد.

دانشمندان به دنبال کسب اطلاعات بیشتری درباره‌ی سیاه‌چاله‌ی کلان‌جرم راه شیری هستند تا بتوانند به چگونگی شکل‌گیری و شرایط رشد آن پی ببرند. دو سناریو برای شکل‌گیری این سیاه‌چاله وجود دارند: در سناریوی اول، سیاه‌چاله‌های کوچک‌تر با تغذیه‌ی گاز و غبار اطراف خود رشد کردند و بزرگ شدند. در سناریوی دوم، چند سیاه‌چاله‌ی کوچک‌تر با یکدیگر ادغام شده‌اند و سیاه‌چاله‌ای غول‌پیکر را تشکیل داده‌اند.

به طور کلی دانشمندان در حال بهبود مدل‌ها برای سیاه‌چاله‌های ستاره‌وار و سیاه‌چاله‌های متوسط هستند. این اجرام زمانی شکل می‌گیرند که ستاره‌های غول‌پیکر که چند برابر خورشید جرم دارند، پس از توقف همجوشی هسته‌ای خود دچار فروپاشی شوند. ازآنجا که این ستاره‌ها نمی‌توانند فروپاشی گرانشی خود را متوقف کنند، به جرمی قدرتمند ازنظر گرانشی تبدیل می‌شوند که می‌تواند زمان و فضای اطراف خود را خم کند، به‌گونه‌ای که حتی نور هم نتواند از آن بگریزد.

ما به‌تدریج از طریق تصاویری مثل اولین تصویر سیاه‌چاله، درباره‌ی کمان ای* یاد می‌گیریم. این تصویر هاله‌ی کم‌نوری از مواد داغ اطراف سیاه‌چاله و سایه‌ی آن را نشان می‌دهد. این تصویر به لطف مجموعه‌ی عظیمی از رصدخانه‌های سراسر دنیا که تلسکوپی در ابعاد کره‌ی زمین به نام ایونت هورایزن (EHT) را تشکیل دادند، ثبت شده است.

دانشمندان پیوسته در حال جمع‌آوری اطلاعات از راه شیری هستند. با این‌حال در اوایل قرن بیستم، ستاره‌شناس‌ها بر این باور بودند که تمام ستاره‌های آسمان به کهکشان ما تعلق دارند. در «مناظره بزرگ» سال ۱۹۲۰، ستاره‌شناس‌هایی مثل هربر کورتیس و هارلو شیپلی درباره‌ی مقیاس جهان و چشم‌انداز «جهان‌های جزیره‌ای» (کهکشان‌ها) بحث کردند.

در یک سوی بحث، شیپلی معتقد بود که راه شیری بسیار بزرگ‌تر از تخمین‌های قبلی است و ما در مرکز آن قرار نداریم. او همچنین مدعی بود که «سحابی‌های مارپیچی» مانند آندرومدا بخشی از راه شیری هستند. در سوی دیگر بحث، کورتیس با ادعای شیپلی درباره‌ی اندازه‌ی بسیار بزرگ‌تر راه شیری موافق نبود، بلکه معتقد بود که جهان‌های جزیره‌ای بزرگی (کهکشان‌ها) مثل آندرومدا خارج از راه شیری قرار دارند.

در سال‌های بعد، ستاره‌شناس‌ها برای تعیین نوع کهکشان ما تلاش کردند. بر اساس بهترین تخمین‌ها، راه شیری یک کهکشان مارپیچی میله‌ای است که ساختار میله‌مانندش از مرکز می‌گذرد. ستاره‌شناس می‌توانند شکل راه شیری را با نگاه کردن به جمعیت ستارگان آن و همچنین حرکت این ستاره‌ها در آسمان تعیین کنند.

تکامل راه شیری زمانی آغاز شد که ابرهای گاز و غبار بر اثر گرانش شروع به فروپاشی کردند. اولین ستاره‌ها از این ابرها به وجود آمدند و امروز شاهد آن‌ها در خوشه‌های سراسری هستیم. هاله‌ی بیضی‌شکل هم در فاصله‌ی کمی به دنبال دیسک کهکشانی تخت به وجود آمد. کهکشان ما در ابتدا کوچک بود و با نیروی گریزناپذیر گرانش رشد کرد.