Galaksiler nasıl büyür?

Kanca

Güneş'in çevresindeki yıldızların bir kısmı, aramızda yaşayan yabancılardır. Samanyolu'nda doğmadılar. Yaklaşık on milyar yıl önce galaksimize çarpıp dağılan başka bir galaksiden kaldılar. Bugün bile yörüngeleri ve kimyasal bileşimleri, onları öbür yıldızlardan ayırıyor; tıpkı bir kalabalığın içinde farklı bir aksanla konuşan göçmenler gibi.

Samanyolu, küçük galaksileri yutarak büyüdü. Yuttuklarının artıkları hâlâ içinde dolaşıyor ve bu süreç bugün de devam ediyor. Bir galaksi nasıl büyür ve biz bu büyümenin izlerini nasıl okuruz?

Merkezi soru

Galaksiler zaman içinde nasıl büyür, galaksi birleşmelerinin ve gaz akışının bu büyümedeki rolü nedir ve Samanyolu'nun geçmişte yuttuğu galaksilerin izlerini bugün nasıl buluyoruz?

Anlatım

Küçükten büyüğe

Bugünkü anlayışa göre büyük galaksiler bir anda, tek parça olarak oluşmadı. Evrenin ilk dönemlerinde küçük galaksiler ve gaz topakları doğdu. Bunlar kütleçekimiyle birbirine çekildi, çarpıştı ve birleşti. Her birleşme daha büyük bir galaksi ortaya çıkardı. Bu tablo, küçük parçaların birleşerek büyük yapıları kurduğu bir süreçtir; gökbilimciler buna hiyerarşik büyüme (hierarchical growth) der.

Galaksiler iki ana yolla büyür. Bir yandan dışarıdan gaz alırlar: galaksiler, çevrelerindeki uzaydan sürekli soğuk gaz çeker; bu gaz diske yerleşir ve yeni yıldızların hammaddesi olur. Öte yandan başka galaksileri yutarak, yani birleşmelerle büyürler.

Birleşmeler ikiye ayrılır. Büyük birleşmelerde, benzer büyüklükte iki galaksi çarpışır; Ders 13.2'deki anlatıma göre bu çarpışmalar disk galaksileri eliptiklere dönüştürebilir. Küçük birleşmelerde ise büyük bir galaksi, kendinden çok küçük bir komşuyu yutar. Büyük galaksi biçimini korur ama biraz daha büyür. Samanyolu'nun tarihinin büyük bölümü, böyle küçük birleşmelerle yazıldı.

Gelgit kuvvetleri ve yıldız akıntıları

Küçük bir galaksi, büyük bir galaksinin çevresinde dolanırken nasıl parçalanır? Cevap, Ay'ın okyanuslarda gelgit yaratmasına benzer bir etkidir. Büyük galaksinin kütleçekimi, küçük galaksinin kendisine yakın tarafını uzak tarafından daha güçlü çeker. Küçük galaksi her yörüngede biraz daha gerilir ve yıldızlarını yol boyunca bırakır.

Bu kopan yıldızlar, küçük galaksinin yörüngesi boyunca uzanan uzun, ince şeritler oluşturur. Bunlara yıldız akıntısı (stellar stream) denir. Bir kaşık kremayı karıştırılan bir fincan kahveye damlattığını düşün: krema bir anda kaybolmaz, önce fincanın içinde kıvrılan bir şeride dönüşür. Galaksilerin çevresindeki akıntılar da böyle, yutulan galaksilerin son izleridir.

Yay cüce galaksisi: Bugün yutulan bir komşu

1994'te Rodrigo Ibata ve arkadaşları, Yay takımyıldızı yönünde, galaksimizin merkezinin arkasında gizlenmiş küçük bir galaksi keşfetti. Yay cüce galaksisi adı verilen bu komşu, Samanyolu'na o kadar yakındır ki galaksimizin kütleçekimiyle parçalanmaktadır. Yıldızları, Samanyolu'nun çevresini saran dev bir akıntıya dönüşmüştür.

Yay cüce galaksisi, galaksi büyümesinin bugün de sürdüğünün canlı kanıtıdır. Bir gün tamamen dağılacak ve yıldızları Samanyolu'nun halesine karışacak. Samanyolu'nun çevresinde başka pek çok küçük uydu galaksi de dolanıyor; bunların bazıları zamanla aynı kaderi paylaşacak.

Gaia-Enceladus: Eski bir çarpışmanın izi

Samanyolu'nun geçmişte yuttuğu en büyük galaksilerden birinin izini, Ders 13.1'de tanıdığımız Gaia uzay aracı buldu. 2018'de Amina Helmi ve arkadaşları, Gaia'nın ölçtüğü yıldız hareketlerini yıldızların kimyasal bileşimleriyle birlikte inceledi. Güneş'in çevresindeki bir grup yıldızın ortak bir özellik taşıdığını fark ettiler: galaksinin geri kalanına göre hafifçe ters yönde dolanıyorlardı ve kimyaları farklıydı.

Helmi ve arkadaşlarına göre galaksimizin iç halesi, büyük ölçüde bir zamanlar Küçük Macellan Bulutu'ndan biraz daha büyük olan bir galaksinin kalıntılarından oluşuyor. Bu galaksiye Gaia-Enceladus adı verildi. Yaklaşık on milyar yıl önce Samanyolu ile birleşti. Bu çarpışma, galaksimizin o zamanki diskini sarsarak kalınlaştırdı ve bugün gözlediğimiz kalın diskin oluşmasına katkıda bulundu.

Bu keşif, bir tür galaktik arkeolojidir. Yıldızların yaşı, kimyası ve hareketi, tıpkı kazılarda bulunan çanak çömlek gibi, galaksinin geçmişini anlatır. Bugün gökbilimciler, Samanyolu'nun halesinde yutulmuş başka galaksilerin de izlerini arıyor.

Galaksilerin geleceği

Galaksiler büyüdükçe bir gün büyümeyi bırakırlar. Soğuk gazları tükendiğinde ya da ısınıp dağıldığında yeni yıldız doğuramazlar. Birleşmeler ise yavaşlar, çünkü genişleyen evrende komşular birbirinden uzaklaşır. Ama bizim yerel mahallemizde, önümüzdeki milyarlarca yıl içinde daha büyük bir buluşma bekleniyor: en büyük komşumuz Andromeda ile.

Aslında…

Galaksilerin yaşamı milyarlarca yıllık bir ölçekte işler. Bir insan ömrü, bu hikâyenin tek bir karesinden bile kısadır.

Büyük resim

Galaksi büyümesi, evrenin büyük ölçekli tarihini anlatır. İlk küçük galaksilerden bugünkü dev sarmallara ve eliptiklere uzanan bu süreç, yıldızların ve elementlerin nasıl dağıldığını da belirler. Samanyolu'nun içindeki yıldızlar, farklı galaksilerde doğmuş, farklı geçmişleri olan göçmenlerden oluşur.

Gaia gibi uzay araçları sayesinde, galaksimizin tarihini artık yıldız yıldız okuyabiliyoruz. Bu tarih, Samanyolu'nun tek başına sessizce büyüyen bir ada değil, komşularıyla sürekli etkileşen, onları kendine katan hareketli bir sistem olduğunu gösteriyor.

Özet

1. Büyük galaksiler, küçük galaksilerin ve gaz topaklarının zamanla birleşmesiyle büyür; bu hiyerarşik büyümenin iki yolu dışarıdan gaz almak ve başka galaksileri yutmaktır.
2. Büyük bir galaksinin gelgit kuvvetleri küçük komşularını parçalayarak uzun yıldız akıntılarına dönüştürür; Ibata ve arkadaşlarının 1994'te bulduğu Yay cüce galaksisi bugün Samanyolu tarafından parçalanıyor.
3. Helmi ve arkadaşları 2018'de Gaia verileriyle Samanyolu'nun iç halesinin, yaklaşık on milyar yıl önce galaksimizle birleşen Gaia-Enceladus adlı bir galaksinin kalıntılarından oluştuğunu gösterdi.

Görev

Quiz

1. Hiyerarşik büyüme ne demektir?
2. Galaksiler hangi iki ana yolla büyür?
3. Küçük bir galaksi, büyük bir galaksinin çevresinde neden parçalanır?
4. Yay cüce galaksisi neden önemlidir?
5. Gaia-Enceladus nedir ve nasıl bulundu?

Cevaplar

1. Büyük galaksilerin, küçük galaksilerin ve gaz topaklarının zamanla birleşmesiyle, küçükten büyüğe doğru oluşması.
2. Çevrelerindeki uzaydan soğuk gaz alarak ve başka galaksileri yutarak, yani birleşmelerle.
3. Büyük galaksinin kütleçekimi, küçük galaksinin kendisine yakın tarafını uzak tarafından daha güçlü çeker; bu gelgit kuvveti onu her yörüngede biraz daha gerer ve yıldızlarını yol boyunca bırakmasına yol açar.
4. Samanyolu tarafından bugün parçalanan bir komşu olduğu için galaksi büyümesinin hâlâ sürdüğünü gösterir; yıldızları galaksimizin çevresinde dev bir akıntı oluşturur.
5. Yaklaşık on milyar yıl önce Samanyolu ile birleşen, Küçük Macellan Bulutu'ndan biraz büyük bir galaksidir; Helmi ve arkadaşları Gaia'nın ölçtüğü yıldız hareketlerini ve kimyasal bileşimleri inceleyerek kalıntılarını buldu.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Samanyolu'nun yuttuğu galaksiler kendisinden çok küçüktü. Ama gökyüzündeki en büyük komşumuz Andromeda, galaksimizle aşağı yukarı aynı boyda ve bize doğru yaklaşıyor. İki dev sarmal karşılaştığında ne olacak? İçlerindeki yüz milyarlarca yıldız birbirine çarpacak mı?