Galaksiler gaz soluyor ve durduklarında artık yıldız oluşmuyor

Astronomi tarihinin büyük bölümünde görebildiğimiz tek şey yıldızlardı. Onları ayrı ayrı, kümeler halinde, bulutsular halinde ve yıldız kümeleri olduğunu düşündüğümüz ama aslında galaksiler olan bulanık lekeler halinde görebiliyorduk. Sorun şu ki, orada olanların çoğunu görmek, yıldızları ve galaksileri görmekten çok daha zordur. Gaz.

Artık gökbilimciler gazı her zamankinden daha iyi görebildikleri için galaksilerin gazı nasıl alıp verdiklerini de görebiliyoruz. Nefes almayı bıraktıklarında yıldızların oluşumu da durur.

Evrenin ilk günlerinde her şey gazdı. Yıldızlar ya da galaksiler yoktu. 13,5 milyar yıl kadar ileri sardığımızda neredeyse nereye baksak galaksileri ve onların yıldızlarını görüyoruz. Ancak bir galaksideki maddenin büyük çoğunluğu hala gazdır.

Gaz her yerde. Galaksiler arasındaki boşlukta olduğunda buna galaksiler arası ortam diyoruz. Gaz bir galaksiyi yakından çevrelediğinde buna galaksinin çevresi gazı diyoruz. Bunlar arasında hiçbir engel yoktur, bunlar yalnızca gökbilimcilerin onlar hakkında konuşabilmek için kullandıkları isimlerdir.

Gökbilimciler bir galaksi, onun galaksi çevresi ortamı ve galaksiler arası ortam arasındaki gaz akışını anlamaya başlıyorlar. Akış, yıldız oluşumunu düzenler ve bu akış durduğunda galaksinin nefes alması da durur.

Yıldızlar, yerçekimi ve gaz sıcaklığı ve yoğunluğunun tümü galaksinin nefes almasında rol oynar. Evren harekete geçtiğinde gazlar galaksilerde bir araya gelerek yıldızları oluşturdu. Yıldızlar öldüğünde, özellikle de süpernova halinde, gazı geri dışarı atarlar. Bu noktada gaz nispeten sıcak ve dağınıktır ve sıkışmaya karşı direnç gösterir.

Ancak gaz galaksiyi terk ederken soğuyor. Soğudukça yoğunluğu artar ve galaksinin yerçekimi onu daha sıkı bir şekilde kavrayabilir. Daha sonra gaz galaksiye geri çekilir ve burada tekrar bulutların arasından çökerek yıldızları oluşturur. Gaz galaksilerin içinde ve dışında bu şekilde geri dönüştürülür veya solunur.

Gökbilimciler, uzaktaki kuasarlardan gelen ışığın tüm bu gazın içinde hareket ettiğini izleyebildikleri 1960’lara kadar bu galaktik nefes almayı bilmiyorlardı. Artık gökbilimciler bu gazı görmek için daha iyi araçlara sahip ve anlayışları artıyor.

CGM, IGM’den çok daha küçük bir bölgedir ve aynı zamanda çok daha soluktur. Ancak bölge geri dönüşüm konusunda hayati bir rol oynuyor. “CGM, bir galaksinin yıldız oluşturan yakıtı için bir kaynak, galaktik geri bildirim ve geri dönüşümün mekanı ve belki de galaktik gaz tedarikinin ana düzenleyicisidir.” 2017 makalesi devletler.

CGM’yi inceleyen gökbilimciler galaksinin nefes aldığına dair bazı ikna edici kanıtlar buldular. Galaksilerin dışındaki ayrı gaz bulutlarının incelenmesinden geliyor. Bu gaz bulutlarının bazılarının metalikliği diğer bulutlara göre daha yüksektir. Yalnızca yıldızlar metal oluşturabilir, dolayısıyla daha yüksek metalikliğe sahip bir gaz bulutu, yıldızlardan gelen dışarı çıkan gaz olmalıdır. Yüksek metalik gaz, zaten galakside bulunan ancak dışarı itilen, dışarı verilen gazdır.

Gökbilimciler ayrıca galaksiye en yakın CGM’deki gazın daha yüksek metalikliğe sahip olduğunu buldu. “Galaklaktik ortam hayranlık uyandırabilir bile: Dünya üzerindeki ağır elementler, güneş sisteminin oluşumundan önce Samanyolu’nun CGM’sinde birçok kez ileri geri döngü yapmış olabilir mi?” 2017 makalesi soruyor.

Gökbilimciler galaktik nefesi daha derinlemesine araştırmak için büyük ölçekli araştırmalara yöneldiler. CGM’deki gazın, IGM’deki gazdan 1000 kat daha yoğun olduğu ortaya çıktı. Sıcaklığı 10.000 ila 1 milyon Kelvin arasında değişmektedir ve bu, IGM’deki gazdan hem daha soğuk hem de daha sıcaktır. Ancak tam olarak ne olduğunu görmek hala zor. İçeri akan gazdan gelen sinyaller genellikle galaksinin kendisinden gelen sinyallerle örtüşüyor ve bu da onların incelenmesini zorlaştırıyor. Öte yandan dışarı çıkan gazın görülmesi daha kolaydır.

Çıkışların nedeni belirsizdir. Süpernovalar, büyük, sıcak, genç yıldızlardan gelen güçlü yıldız rüzgarları gibi bir rol oynayabilir. Kara delik jetleri ve geri bildirim de bir rol oynayabilir.

Bu gaz solumasının kesin nedenleri ne olursa olsun, eninde sonunda sona erer. Gökbilimciler buna “söndürme” adını veriyor ve bunun için çok sayıda kanıt var. Bir kez sönen galaksiye “hareketsiz galaksi” adı verilir ve artık yıldız oluşmaz. Gökyüzü araştırmalarında, hâlâ nefes alan galaksiler hâlâ yıldız oluşturuyor ve mavi görünüyor; hareketsiz galaksiler ise kırmızı görünüyor. Aralarında pek bir şey yok.

Ancak gökbilimciler, galaksilere gaz akışında olduğu gibi söndürmeyi anlamada da aynı sorunla karşı karşıya: güçlü kanıt eksikliği. Ve gökbilimcilerin sahip olduğu kanıtlardan bazıları oldukça kafa karıştırıcı.

Örneğin, biraz araştırma kırmızı, sönmüş galaksilere kütleçekimsel olarak bağlı gaz buldu. Gaz, yıldız oluşturabilecek kadar soğuk ve yoğun, ancak bazı nedenlerden dolayı galaksilere düşmüyor. Yani yakınlarda bol miktarda yıldız oluşturucu yakıt var ama galaksiye giremiyor.

Düşen gazı gözlemlemenin zorluğu, galaktik solunumun daha kapsamlı bir şekilde anlaşılmasının şimdilik mümkün olmadığı anlamına geliyor. Ancak gökbilimcilerin başka bir aracı daha var: simülasyonlar.

ATEŞ: Gerçekçi Ortamlarda Geribildirim adı verilen bir simülasyon, milyarlarca yıl boyunca gazın galaksilere girip çıkmasıyla galaksilerin ve yıldızlarının oluşumunu modelliyor. Simülasyonlardan biri, zamanla oluşan bir Samanyolu galaksisini gösteriyor. Galaksi oluşumu gerçekte hiçbir zaman sona ermez ve simülasyon, galaksiden çıkan sıcak gazın, soğuk, yoğun gazın ise geri akmasının yararlı bir görselleştirmesini sağlar.

Yıldızların oluşumu durduğunda gezegenler de durur. Buna ek olarak muhtemelen hayat da öyle. Bu açıdan bakıldığında bir galaksinin sönmesi, olasılıkların da sönmesidir. Yıldızların yaşlandığı ve yeni yıldızların oluşmadığı, sönmüş bir galakside uzaylı bir gökbilimci olmak nasıl olurdu? Tuhaf, melankolik bir düşünce bu.

Ama bir gün galaksilerden daha fazlası yok olacak. Maddenin gezegenler, yıldızlar, galaksiler ve galaksi kümeleri halinde organize edildiği Yıldızlı Çağ’da yaşıyoruz. Yaklaşık 100 trilyon yıl sonra sanki tüm evren sönmüş gibi bu çağ da sona erecek. Geriye sadece beyaz cüceler, kahverengi cüceler, nötron yıldızları ve kara delikler kalacak.

Bir daha asla yeni yıldızlar oluşmayacak, evren karanlık ve soğuyacak ve galaksilerin nasıl gaz soluduğu ve yıldızları nasıl oluşturduğu da dahil olmak üzere insanlığın şimdiye kadar düşündüğü her şey tartışmalı olacak.