Evrendeki en büyük galaksilerin ölmeden önce nasıl bu kadar hızlı büyüdüğünü araştırmak

Gökbilimciler, evrendeki en büyük galaksilerin ölmeden önce nasıl bu kadar hızlı büyüdüğünü çözmeye her zamankinden daha yakınlar.

Evrendeki galaksilerin oluşumu oldukça basit bir yol izlemelidir. Her şey küçük galaksilerle başlar, daha sonra giderek büyürler ve modern evrende gördüğümüz Samanyolu gibi dev galaksilere dönüşürler. Kolay, değil mi?

Ancak bu, belirli bir eliptik galaksi sınıfı (net bir yapıya sahip olmayan devasa küresel yıldız koleksiyonları) için tam anlamıyla doğru değildir. Araştırmacılar, AB finansmanının yardımıyla bu galaksilerin kökenini keşfetmeye ve evrenin daha fazla gizemini açığa çıkarmaya başladılar.

Bunu yapmak için, ışığı evrenin uzak köşelerine kadar takip edebilen güçlü teleskoplar kullanarak zamanda geriye yolculuk yaptılar. Bu, bilim adamlarının galaksileri geçmişte, hatta milyarlarca yıl önce göründükleri haliyle görmelerine olanak sağladı.

Danimarka’daki Niels Bohr Enstitüsü’nden kozmolog Sune Toft, “Galaksiler evrenin bayrak direkleridir. Onlar her şeyin kökenidir” dedi. “Ayrıntılı oluşum senaryolarını anlamak, evrenin başlangıcını ve nereden geldiğimizi anlamanın tek yoludur.”

Toft, 2015’ten 2021’e kadar AB tarafından finanse edilen ConTExt projesini yönetti. Amaç, evrenin 13,8 milyar yıllık tarihinin ilk 2 milyar yılına uzanan, mümkün olan en eski eliptik galaksilerden bazılarını gözlemlemekti.

Uzak karanlık köşelere zaman yolculuğu: henüz cevap yok

Her ne kadar araştırmacılar eliptik galaksiler hakkında bazı bilgiler edinmiş olsalar da, bunlar bir sır olarak kalıyor.

Toft, “Bunlar uzun yıllardan beri biliniyor, ancak yerel evrende aynı şekilde yaşlı ve ölü oldukları için nasıl oluştukları bir tür muamma” dedi.

Araştırmasının ardındaki düşünce şuydu: Milyarlarca ışıkyılı uzaklıktaki galaksileri gözlemleyerek zamanda daha geriye baktığımızda, bir noktada bu galaksilerin atalarını görmeye başlamalı ve onların nasıl bu kadar güçlü bir yapıya sahip olduklarını açıklayabilmeliyiz. o kadar büyüyün ki.

Toft, galaksilerin evriminin merkezindeki sürece atıfta bulunarak, “Fakat ne kadar uzağa bakarsak, yaşlı ve ölü görünmeye devam ettiklerini gördük. Neredeyse hiç yıldız oluşumu yok” dedi.

Bu, galaksilerin erken evrende çok hızlı büyümüş olması gerektiği anlamına geliyordu. Ancak tam olarak nasıl ve ne zaman olduğu bilinmiyor.

Ve başka bir bilmece daha var: Eğer galaksiler hızlı büyüdüyse neden büyümeyi bıraktılar? Peki bu, evrendeki yıldızlardan, gezegen sistemlerinden, yıldız kümelerinden ve galaksilerden oluşan hiyerarşik galaksi yapısını anlamamız açısından ne anlama geliyordu?

“İlk önce küçük galaksilerin oluşması gerekiyor. Peki neden bu büyük galaksiler ilk oluşanlar?” Toft dedi.

Yıldız oluşumu

Onun hipotezi, bu galaksilerin tarihlerinin başlarında yoğun yıldız oluşumuna uğrayarak, yıldız patlaması galaksileri olarak bilinen hale gelmiş olabileceği yönündeydi.

Yıldız patlaması galaksileri son derece yoğun miktarda toz ve gaz içerir ve her yıl güneşimizin binlerce katı kütleye sahip yıldızlar oluşturabilir. Karşılaştırıldığında Samanyolu’muz yılda ortalama bir yeni güneş kütlesi oluşturur.

Toft, Şili’de Atacama Büyük Milimetre Dizisi adı verilen bir teleskopun yanı sıra, her ikisi de o sırada Dünya’nın yörüngesinde bulunan Hubble Uzay Teleskobu ve Spitzer Uzay Teleskobu’nu kullanarak çalışmaya başladı.

Büyük Patlama’dan sonraki ilk 1 ila 2 milyar yıl içinde “yıldız oluşturan bu galaksilerin ölü galaksilere dönüşmeye yetecek kadar olduğunu” buldu. Bu gökadalar yoğun ve kompakttı ve bugün gördüğümüz eliptik gökadaların çekirdeklerine benziyorlardı.

Toft, bu öncü eliptik galaksilerin, yıldız oluşumlarını engelleyen bir şey olmadan önce evrende hızlı bir şekilde oluştuğu önermesi üzerinde çalıştı.

Daha sonra, sonraki 10 milyar yıl boyunca, daha küçük galaksileri yutarak yavaş yavaş daha fazla yıldız biriktirdiler ve yıldızlarını galaksinin dış bölgelerine eklediler. Böylece eliptik galaksiler eski ve ölü kaldılar, ancak yine de muazzam boyutlara ulaşabildiler.

Eliptiklerin erken büyümesi muhtemelen yıldız oluşumunu ateşleyen galaksi birleşmelerinden kaynaklandı.

Toft, “Birbiriyle kafa kafaya çarpışan iki büyük galaksiniz var ve gaz bu çarpışmanın merkezine doğru sıkıştırılıyor” dedi. “Çok yüksek yıldız oluşum oranlarına sahip olmak için ihtiyacınız olan şey budur.”

Ancak hala net olmayan şey bu galaksilerin nasıl kapandığıydı. Nasıl bu kadar çabuk yıldız oluşturmayı bıraktılar ve sonunda bugün gördüğümüz ölü galaksilere dönüştüler?

Söndürme

İtalya’daki Bologna Üniversitesi’nden gökbilimci Sirio Belli, 2023’ten 2028’e kadar sürecek, AB tarafından finanse edilen bir girişim olan Red Cardinal projesiyle bu sorunu araştırıyor.

Bu erken galaksileri daha önce hiç olmadığı şekilde araştırmak için güneşin yörüngesinde dönen güçlü James Webb Uzay Teleskobu’nu (JWST) kullanıyor. Ortaya çıkan fikir, bu galaksilerin merkezlerinde bulunan kara deliklerin onların evriminden sorumlu olduğu yönünde.

Bugün bizim galaksimiz de dahil olmak üzere hemen hemen tüm galaksiler, süper kütleli kara delik Merkezlerinde güneşimizin kütlesinin milyonlarca ila milyarlarca katı kadar büyük bir nesne var. Bu kara delikler, galaksinin tarihi boyunca gaz ve tozu çalkalayarak ve dışarı atarak galaksinin oluşumuna ve evrimine yön verir.

Belli, bu kara deliklerin aynı zamanda erken galaksilerdeki yıldız oluşumunu söndürme olarak adlandırılan bir süreçte durdurmaktan da sorumlu olabileceğini buldu.

Nisan 2024’te ekibi, Büyük Patlama’dan yaklaşık 2,6 milyar yıl sonra sönmekte olan devasa bir galaksinin keşfini bildirmek için JWST’yi kullandı. “Bu çok şanslı bir tesadüf çünkü biz bu galaksiyi tam olarak sönmenin gerçekleştiği sırada gözlemledik” dedi.

Galaksi yakın zamana kadar büyüyor gibi görünüyordu. Belli, “Yıldız oluşumu durdu” dedi.

“Aynı zamanda galaksiden çıkan bu dev rüzgarı da bulduk. Bunun galaksinin merkezindeki süper kütleli kara delikten kaynaklandığını düşünüyoruz.”

Belli, fikrin kara deliğin son derece aktif hale gelmesi ve bunun da “gazı galaksiden uzağa itmesi” olduğunu söyledi. “Yani yeni yıldızlar oluşturacak gazınız yok. Bu, yakıtı biten bir arabaya benziyor.”

Belirsiz olan ise kara deliğin tam olarak neden aktif hale geldiğidir. Bir olasılık, kara deliğin yeterli miktarda malzeme yiyip yeterli kütle kazandığında aniden çok fazla enerji salmaya başlaması ve bunun sönmeye neden olmasıdır.

Belli, “Galaksinin belirli bir kütleye, yani 100 milyar güneş kütlesine ulaştığında, sonunda hepsinin söneceğini düşünüyoruz” dedi. “Günümüz evreninde hâlâ yıldız oluşturan herhangi bir büyük galaksi görmüyoruz.”

Daha fazlasını araştırmak için son derece büyük bir teleskop

Şili’de inşa edilen ve gözlemlerine 2028’de başlayacak olan Avrupa Aşırı Büyük Teleskobu (ELT) gibi yeni teleskoplardan daha fazla yanıt gelebilir.

Belli, “ELT ile bu galaksilerin içine ayrıntılı olarak bakabiliyoruz” dedi ve erken evrende JWST’nin yapamayacağı bir şey olduğunu söyledi.

Bu, araştırmacılara genel yıldız oluşum oranının yanı sıra “yıldızların nerede oluştuğunu” da anlatacak, dedi. “ELT söz verildiği gibi çalışırsa oldukça iyi olur.”

Söndürme sürecinin mekanizmasını belirlemek, bilim adamlarını şaşırtmaya devam eden bir konu olan galaksilerin neden öldüğüne dair gizemi çözmede çok önemli olacak.

Toft, “Bu mümkün olmamalı çünkü bir galaksi erken evrendeyken gazla doludur” dedi.

“Yılda binlerce güneş kütlesi oluşturmaktan nasıl sıfıra inersiniz? Kara deliklerin sorumlu olduğunu kanıtlamak istiyorsak, tam kapanma sürecindeki galaksileri bulmalıyız.”

Bu anlayışla, bugün gördüğümüz haliyle kozmosun nasıl ortaya çıktığını öğreneceğiz.