Bu çizim, optik bir görüntüyle karşılaştırıldığında Whirlpool Gökadasındaki diazenilyum molekülü radyasyonunun (yanlış renkler) dağılımını göstermektedir. Fotoğraftaki kırmızımsı alanlar, sarmal kollardaki karanlık gaz ve toz bölgelerinden geçen sıcak, büyük kütleli yıldızları içeren parlak gaz bulutsularını temsil ediyor. Bu karanlık bölgelerde diazenilyumun varlığı özellikle soğuk ve yoğun gaz bulutlarını akla getiriyor. Katkıda bulunanlar: © Thomas Müller (HdA/MPIA), S. Stuber ve diğerleri. (MPIA), NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) ve Hubble Miras Ekibi (STScI/AURA)
İlk kez, galaksinin dışındaki bir galakside bireysel soğuk ve yoğun yıldız oluşturan bulutların izleri görüldü. Samanyolu geniş bir alana haritalanmıştır.
Max Planck Astronomi Enstitüsü’nden (MPIA) gökbilimciler tarafından yönetilen uluslararası bir araştırma ekibi, Samanyolu’nun dışındaki bir galakside, geleceğin yıldız doğum yerleri olan geniş soğuk ve yoğun gaz bölgelerini eşi benzeri görülmemiş ayrıntılarla titizlikle haritalandırdı. NOEMA interferometresini kullanan bu gözlemler galakside çok geniş bir alanı kapsıyor ve yıldız oluşumuna olanak sağlayan değişen koşullar hakkında bilgi sağlıyor. Veriler, bu tür ölçümlerde çığır açan bir başarıya işaret ediyor ve araştırmacıların ilk kez Samanyolu’nun ötesindeki yıldız oluşumunun erken aşamalarını, tek tek gaz bulutlarının doğum yıldızları kadar küçük ölçeklerde incelemesine olanak tanıyor.
Girdap Galaksisindeki Yıldızların Doğduğu Yerler
Paradoksal olarak, sıcak yıldızların evrimi, evrenin en soğuk alemlerinden bazılarında, yani tüm galaksileri boydan boya kat eden yoğun gaz ve toz bulutlarında başlar. “Gazın yavaş yavaş yoğunlaşarak sonunda yıldız ürettiği yıldız oluşumunun erken evrelerini araştırmak için öncelikle bu bölgeleri tanımlamamız gerekir.” diyor Heidelberg’deki Max Planck Astronomi Enstitüsü’nde (MPIA) doktora öğrencisi Sophia Stuber. Yayınlanması planlanan araştırma makalesinin baş yazarıdır. Astronomi ve Astrofizik. “Bu amaçla, genellikle bu son derece soğuk ve yoğun bölgelerde özellikle bol miktarda bulunan spesifik moleküllerin yaydığı radyasyonu ölçüyoruz.”
Kimyasal Problar Olarak Moleküller
Gökbilimciler tipik olarak HCN (hidrojen siyanür) ve N gibi molekülleri kullanırlar.2H+ (diazenylium) Samanyolu’ndaki yıldız oluşumunun araştırılmasında kimyasal sondalar olarak. MPIA araştırma grubu lideri Eva Schinnerer, “Ancak ancak şimdi bu izleri Samanyolu dışındaki bir galakside, farklı koşullara sahip çeşitli bölgeleri kapsayan geniş bir aralıkta çok detaylı bir şekilde ölçebildik” diye açıklıyor. “İlk bakışta bile, iki molekülün yoğun gazı etkili bir şekilde ortaya çıkarırken, aynı zamanda ilginç farklılıkları da açığa çıkardıkları açıkça görülüyor.”
Tespit edilmesi zor olan bol miktardaki hidrojen molekülleriyle çarpışmalar sonucunda diğer moleküller dönmeye başlar. Dönme hızındaki bir azalmanın ardından, yukarıda adı geçen moleküller için yaklaşık üç milimetrelik karakteristik dalga boylarında radyasyon yayarlar.
Bu ölçümler, Bonn Üniversitesi’nden Schinnerer ve Frank Bigiel’in ortaklaşa yönettiği SWAN (Arcsecond’da Whirlpool’u NOEMA ile Araştırmak) adlı kapsamlı bir gözlem programının parçasıdır. Ekip, Fransız Alpleri’ndeki bir radyo interferometresi olan Kuzey Genişletilmiş Milimetre Dizisini (NOEMA) kullanarak, hidrojen siyanür ve diazenilyum da dahil olmak üzere Girdap Gökadasının (Messier 51) iç 20.000 ışıkyılı içindeki çeşitli moleküllerin dağılımını incelemeyi amaçlıyor. Bu programdaki 214 saatlik gözleme ek olarak, İspanya’nın güneyindeki 30 metrelik tek çanak teleskopla yapılan diğer gözlem kampanyalarından yaklaşık 70 saatlik gözlem veri setini tamamlıyor.
Teleskopları işleten kurum olan Radioastronomie Millimétrique Enstitüsü’nden (IRAM) Jérôme Pety, “Radyo interferometrelerinden elde edilen veriler teleskop görüntülerinden çok daha karmaşık olduğundan, verilerin işlenmesi ve hassaslaştırılması yaklaşık bir yıl daha sürdü” diyor. NOEMA gibi interferometrik teleskoplar, birden fazla bireysel antenden oluşur ve toplu olarak, bireysel teleskoplar arasındaki mesafeye eşdeğer birincil ayna çapına sahip bir teleskopla karşılaştırılabilir ayrıntı çözünürlüğü elde eder.
Gaz Özellikleri Ortama Bağlıdır
Bu galaksiyi yaklaşık 28 milyon ışıkyılı uzaklıktan gözlemlediğimizde, merkez ve sarmal kollar gibi farklı alanlardaki bireysel gaz bulutlarının izlerini ayırt edebiliyoruz. Stuber, “İki gazın bu galaksideki yoğun bulutları bizim için ne kadar iyi takip ettiğini ve eşit derecede uygun olup olmadıklarını belirlemek için bu durumdan yararlandık” diye açıklıyor.
Hidrojen siyanür ve diazenilyumun radyasyon yoğunluğu sarmal kollar boyunca sürekli olarak artıp azalırken, gaz yoğunluğunun belirlenmesinde eşit derecede güvenilir sonuçlar sağlarken, gökbilimciler galaktik merkezde kayda değer bir sapma buluyorlar. Diazenilyum ile karşılaştırıldığında hidrojen siyanür emisyonunun parlaklığı bu bölgede daha belirgin şekilde artmaktadır. Diazenilyumda gözlemlenmeyen, hidrojen siyanürü ek ışık yaymaya teşvik eden bir mekanizma var gibi görünüyor.
Schinnerer, “Bundan Whirlpool Galaksisindeki aktif galaktik çekirdeğin sorumlu olduğundan şüpheleniyoruz” diyor. Bu bölge merkezi masif çevreliyor Kara delik. Gaz kara deliğe düşmeden önce dönen bir disk oluşturur, yüksek hızlara çıkar ve sürtünme nedeniyle binlerce dereceye kadar ısınarak yoğun radyasyon yayar. Bu radyasyon aslında hidrojen siyanür moleküllerinin ilave emisyonuna kısmen katkıda bulunabilir. Schinnerer, “Ancak yine de iki gazın farklı davranmasına neden olan şeyin ne olduğunu ayrıntılı olarak araştırmamız gerekiyor” diye ekliyor.
Değerli Bir Mücadele
Bu nedenle, en azından Whirlpool Galaksisi’nin merkezi bölgesinde diazenilyum, hidrojen siyanürle karşılaştırıldığında daha güvenilir yoğunluk probu gibi görünmektedir. Ne yazık ki aynı gaz yoğunluğunda ortalama beş kat daha sönük parlıyor ve bu da ölçüm çabasını önemli ölçüde artırıyor. Gerekli ek hassasiyet, oldukça uzun bir gözlem süresiyle elde edilir.
Samanyolu dışındaki galaksilerdeki erken aşamaları ayrıntılı olarak keşfetme ihtimali bilim insanlarına umut veriyor. Girdap Galaksisi’nin bu kadar net bir görüntüsü Samanyolu için mümkün değildir. Samanyolu’nda moleküler bulutlar ve yıldız oluşturan bölgeler daha yakın olsa da sarmal kolların ve bulutların kesin yapısını ve konumunu belirlemek çok daha zordur.
Stuber, “Whirlpool Galaksisi ile yapılan ayrıntılı gözlem programından çok şey öğrenebilsek de bu bir bakıma pilot projedir” diye belirtiyor. “Gelecekte bu şekilde daha fazla galaksiyi keşfetmeyi çok isteriz.” Ancak bu olasılık şu anda teknik yetenekler nedeniyle sınırlamalarla karşı karşıyadır. Whirlpool Galaxy, bu kimyasal sondaların ışığında olağanüstü derecede parlak bir şekilde parlıyor. Diğer galaksiler için teleskopların ve aletlerin çok daha hassas olması gerekir.
Schinnerer, “Şu anda planlama aşamasında olan yeni nesil Çok Büyük Dizinin (ngVLA) yeterince güçlü olması muhtemel” diye umuyor. Her şey yolunda giderse, bundan yaklaşık on yıl sonra ancak mevcut olacak. O zamana kadar Whirlpool Galaksisi, galaktik ölçekte yıldız oluşumunu araştırmak için zengin bir laboratuvar görevi görüyor.
Referans: “NOEMA (SWAN) ile Whirlpool’un Yay Saniyesinde Araştırılması – I. HCN ve N’nin Haritalanması2H+ 3mm hatları” yazan: Sophia K. Stuber, Jerome Pety, Eva Schinnerer, Frank Bigiel, Antonio Usero, Ivana Bešlić, Miguel Querejeta, María J. Jiménez-Donaire, Adam Leroy, Jakob den Brok, Lukas Neumann, Cosima Eibensteiner, Yu- Hsuan Teng, Ashley Barnes, Mélanie Chevance, Dario Colombo, Daniel A. Dale, Simon CO Glover, Daizhong Liu ve Hsi-An Pan, 20 Aralık 2023, Astronomi ve Astrofizik.
DOI: 10.1051/0004-6361/202348205
Bu çalışmaya katılan MPIA araştırmacıları Sophia Stuber ve Eva Schinnerer’dir.
Katkıda bulunan diğer kişiler Jérôme Pety’dir (IRAM ve Observatoire de Paris/PSL, Fransa) [PSL]), Frank Bigiel (Bonn Üniversitesi, Almanya) [UB]), Antonio Usero (Observatorio Astronómica Nacional/IGN, Madrid, İspanya) [OAN]), Ivana Bešlić (PSL), Miguel Querejeta (OAN), J. María Jiménez-Donaire (OAN ve Observatorio de Yebes/IGN, Guadalajara, İspanya), Adam Leroy (Ohio Eyalet Üniversitesi, Columbus, ABD), Jakob den Brok ( Astrofizik Merkezi, Harvard & Smithsonian, Cambridge, ABD), Lukas Neumann (UB), Cosima Eibensteiner (UB), Yu-Hsuan Teng (Kaliforniya San Diego Üniversitesi, La Jolla, ABD), Ashley Barnes (Avrupa Güney Gözlemevi, Garching) , Almanya[[ESO]), Mélanie Chevance (Astronomi Merkezi, Heidelberg Üniversitesi, Almanya) [ZAH] ve Yaşamın Kozmik Kökenleri Araştırması DAO), Dario Colombo (UB), Daniel A. Dale (Wyoming Üniversitesi, Laramie, ABD), Simon CO Glover (ZAH), Daizhong Liu (Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü, Garching, Almanya) ve Hsi-An Pan (Tamkang Üniversitesi, Tayvan).