Samanyolu Belki Binlerce Galaksiden Doğmuş Olabilir: Yeni Simülasyonlar İpucu Veriyor

Chicago Üniversitesi’nden Harley Katz önderliğindeki bir bilim insanı ekibi, evrenin ilk dönemlerinde bugünkü Samanyolu‘nun binlerce küçük galaksinin bir araya gelmesiyle oluştuğunu ortaya koyan en detaylı kozmolojik simülasyonları çalıştı. Üç yıl süperbilgisayarlar üzerinde işlenen MEGATRON adlı proje, galaksilerin ilk birkaç milyar yılında nasıl evrildiğine dair bugüne kadar üretilmiş en ayrıntılı modeli sunarken, Samanyolu’nun “kosmik şafak” olarak adlandırılan dönemindeki görünümünü Hubble ve James Webb Uzay Telesopu gibi araçlarla doğrudan öngörme imkanı sağlıyor.

Evrimin ilk zamanlarında bugünkü Samanyolu bölgenin, çoğu yeni yıldız üreten, bazıları yalnızca gazla dolu ya da ölmüş yıldızlar ve deliklerle kaplı binlerce küçük galaksiden oluştuğu tahmin ediliyor. Simülasyonlar, bu galaksilerin zamanla nasıl birleşip bugün gözlemlenen sarmal diski oluşturduğu sürecini ortaya koyuyor.

Kozmik Şafakta Samanyolu Nasıl Görünüyordu?

Biz evrenin ilk dönemlerine gidip doğrudan inceleyemedğimizden, uzayın zamanla nasıl evrildiğini anlamanın yollarından biri, doğa yasaları hakkında bildiklerimiz temelinde detaylı bilgisayar modelleri kurmak. Katz’a göre model, ilgisel fizik yasalarının tümünü sisteme dahil edip sistemin evrimini izleyerek bugünkü gözlemlerimizi tekrar üretüp üretmediği test ediliyor.

“Samanyolu kosmik şafak denilen dönemde nasıl görünüyor? İlk kez Samanyolu’nun erken dönemdeki görünümünü Hubble ya da James Webb Uzay Telesopu ile doğrudan öngörebiliyoruz.”

Harley Katz, Chicago Üniversitesi Astronomi ve Astrofizik Doçenti

James webb Uzay Telesopu’ndan gelen yeni veriler evreni anlama biçimimize boyut ekledi. Bu nedenle bilim insanları üç yıl önce, galaksilerinin ilk milyar yılında nasıl görünebileceğine dair bir modele bu yeni bilgileri dahil etme projesine başladı. Artık Webb’in bugün aldığı ölçümlerle karşılaştırarak neyin uyduğunu neyin eksik olduğunu değerlendirebiliyorlar.

Sonuçsuz Parlayan Galaksiler ve Eski Yıldızlar Bulmacası

Bilim insanları saati geriye aldıklarında, farklı tiplerde büyük ve küçük galaksilerden oluşan bir ağ gördüklerini; bunların da sonunda modern Samanyolu’yu oluşturduğunu anlatıyor. Katz’a göre model binlerce alt sistemi takip edip hepsinin en güçlü uzay telesoplarıyla nasıl görüneceğini doğrudan hesaplıyor.

“Bu sistemlerin içinde inanılmaz çeşitliliği görüyoruz. Bazıları yıldız oluşumuyla parlıyor, bazıları ölmüş, bazıları da ölüm sürecinde,” dedi Katz. Simülasyonların ortaya koyduğu özgün bulgulardan biri, hiç yıldızı olmayan ama yine de parlayan “galaksilerin” varlığını tahmin etmesi. Bazılarının bir zamanlar patlayıp doğrudan deliğe dönüşmüş ya da yalnızca içeren yıldızları olmuş olabilir.

Bir diğer keşif ise astrofizikte uzun süredir çözülemeyen bir bulmacaya ışık tutuyor. Samanyolu’nda daha küçük ve sönük galaksilerin genellikle daha az demire sahip olduğu görülüyor; ancak bu eğilim, demir miktarının kütleden bağımsız olarak sabit kaldığı aşırı sönük sistemlerde bozuluyor. Simülasyonlar bu davranışı şimdiye kadar tekrar üretemiyordu.

Simülasyonun gösterdiği neden ise, Büyük Patlama‘dan hemen sonra kalan egzotik bir yıldız türünün patlamaları. Popülasyon III olarak adlandırılan bu yıldızlar o kadar eski ki yalnızca evrenin ilk elementlerinden—hidrojen ve heliyumdan—oluşuyor ve patladıklarında diğer süpernovalardan daha fazla demir üretebiliyor. Bir galaksi yeterince büyükse, demiri tutacak yerçekimine sahip oluyor; ancak çok küçükse demir uzaya savruluyor.

Bu Popülasyon III yıldızları o kadar eski ki hiçbir tanesi şimdiye kadar doğrudan telesopla gözlemlenmedi. Bu çalışmanın bir makalesi, bu yıldızların Samanyolu benzeri bir ortamda nasıl oluştuğunu gösteren ilk çalışma olup, varsa bunların en olası olarak bulunacağı yerleri tahmin ederek astronomlara arama imkanı sunuyor.

Yıldız ve Element Fiziginde Öncü Bir Yaklaşım

Bu simülasyonların öne çıkan yanı, bundan önce denenmiş hiçbir şeyle karşılaştırılamayacak kadar karmaşık olması. Katz’a göre model, Büyük Patlama sonrası kimyasal elementlerin zenginleşmesini bireysel yıldızlardan izole ederek yerçekimi, kimya, ışınım ve yıldız süreçleriyle birleştiren ilk model.

Bu model örneği, “denge dışı fizik” olarak adlandırılan konunun detaylı hesaplamasını içeren ilk büyük ölçekli simülasyon oldu. Fizik modelleri çoğu zaman sadelik adına sistemlerin kimyasının neredeyse dengede olduğunu varsayar; ancak gerçek evrende galaksiler sürekli evrildiğinden bu temel varsayım sıklıkla bozuluyor.

Bilim insanları bunun sonuca ne kadar etki edeceğini tam olarak bilmiyordu ve modeli yavaşlatması nedeniyle dahil etmek zorlaşıyordu. Ancak çalışmanın iki makalesi, denge dışı fizikin özellikle galaksilerin çevresindeki gaz akışlarını ifade ederken—çevregalaktik ortam olarak bilinen bölgede—gerçek bir fark yarattığını gösteriyor.

“Bu sonuçlara baktığınızda, Büyük Patlama’dan hemen sonra gerçekleşen fizigin bugünkü yerel evrende gördüklerimizi doğrudan etkilediği çok net. Ama aynı zamanda doğru alamadığımız şeyler de var—hâlâ eksik olduğumuz bölümler neler? Bu sizi yeni yönlere ve yeni sorulara götürür.”

Harley Katz, Chicago Üniversitesi Astronomi ve Astrofizik Doçenti

Bu karmaşıklığı eklemek bilim insanlarına gözlemleri daha doğru yorumlamayı ve evrenin oluşumu hakkındaki birçok sorunun olası cevap sayısını sınırlamayı sağlıyor.