Galaksi İmparatorluğu

Samanyolu galaksisi; yalnızca büyük bir spiral galaksi olmayıp, milyonlarca ışık yılına uzanan büyük bir imparatorluğun merkezidir. Samanyolu'nun imparatorluğun merkezi oluşunun nedeni; çevresinde bulunan 10 tane galaksiyi çekimsel olarak yönetmesidir.

Samanyolu galaksisi birçok galaksiden daha büyük, daha parlak ve daha büyük bir yoğunluğa sahiptir. Bu nedenle çekim kuvveti çok küçük olan 10 tane sönük galaksi, aynen bir gezegenin etrafında dolanan uydular gibi dolanmaktadır. 

Samanyolu galaksisi; yalnızca büyük bir spiral galaksi olmayıp, milyonlarca ışık yılına uzanan büyük bir imparatorluğun merkezidir. Samanyolu'nun imparatorluğun merkezi oluşunun nedeni; çevresinde bulunan 10 tane galaksiyi çekimsel olarak yönetmesidir. 

Bu uydu galaksiler bize Galaksimizin çok büyük kütleli bir galaksi olduğunu değil aynı zamanda Galaksimizin oluşumu hakkında da bilgiler vermektedir.Samanyolu galaksisi çok büyük olduğundan astronomlar ışık yılı yerine kiloparsek birimi kullanmaktadır (1 kpc = 3260 ışık yılı). Örneğin; Güneşimizin , Galaksi merkezine olan uzaklığı 8.5 kpc, Galaksi diskinin çapı 35 kpc, Samanyoluna en yakın uydu galaksi 50 kpc ve en uzak uydu galaksi ise 250 kpc uzaklığındadır. Samanyoluna benzeyen en yakın büyük spiral galaksi ise 700 kpc uzaklığındaki Andromeda galaksisidir. Galaksi imparatorluğunu oluşturan 10 galaksi iki gruba ayrılır. İlk grup iki tane Magellan bulutsusundan oluşur. Bu Magellan bulutsuları, Samanyolu galaksisinin uyduları olmakla beraber en yakın iki üyesini oluşturur. Diğer ikinci grup ise hemen hemen hiç kimsenin bilmediği 8 galaksiden oluşur. 


Galaksimizin Tacındaki Mücevherler

Magellan bulutsuları, galaksi imparatorluğunun tacındaki mücevherleridir. Samanyolundan daha küçük olmalarına karşın küçük galaksi değillerdir. Şimdi bu bulutsuların bazı fiziksel özelliklerini inceleyelim (Tablo 1)

Tablo 1. Yukarıda iki yakın üyemiz ile Galaksimizin bazı fiziksel parametreleri verilmiştir.

Tablodan da görüleceği gibi Galaksimiz, her iki Magellan bulutsusundan daha büyüktür. Bu bulutsulara Magellan isminin verilmesinin nedeni , Fernao Magellan'ın Dünya çevresini dolaşırken güney yarım kürede gördüğü bu bulutsulara kendi ismini vermesindendir. Magellan bulutsularına bakıldığında (Şekil 1-2) Şekillerinin düzensiz olduğu görülür.



Şekil 1. Küçük Magellan Bulutsusu, Galaksimizin en yakın üyelerinden olup düzensiz galaksiler sınıfındandır.

Bu yüzden bu galaksiler, Hubble sınıflamasına göre Düzensiz galaksiler grubuna girmektedirler. Magellan bulutsularında yıldız üretimi hızlı bir şekilde olmaktadır. Bunu da astronomlar; birçok kırmızı , sarı ve mavi süperdev yıldızları gözlemek suretiyle anlamaktadırlar. Bilindiği gibi süperdev yıldızların kütleleri çok büyüktür. Böyle büyük kütleli yıldızlar evrimleri gereği çabuk yaşlanırlar. Bu duruma örnek olarak 1987 yılında Büyük Magellan bulutsusunda patlayan Süpernovayı verebiliriz.

Bizim Galaksimizde yıldız oluşumu bundan 15 milyar yıl önce başlamış ve günümüze kadar süre gelmiştir. Fakat Magellan bulutsularında yıldız oluşumu düzenli olmayıp, yıldız oluşum hızında bir artış gözlenmiştir. Yapılan araştırmalar en son yıldız oluşumundaki bu patlamanın 100 milyon yıl önce başladığını göstermektedir.

Astronomlar yıldız oluşumunun artması sonucunda iki farklı popülasyon türü keşfetmişlerdir. Bu popülasyonun ilki bundan 10 ila 15 milyar yıl önce meydana gelmiştir. İlk popülasyon yıldızları evrimlerinin tamamlıyarak ikinci popülasyonun meydana gelmesini sağlamışlardır. İkinci popülasyon yıldızları ise bundan 3 ila 5 milyar yıl önce meydana gelmişlerdir. O zamandan sonra da yıldız oluşumu bir durgunluk içersine girmiştir. Fakat bundan 100 milyon yıl önce bulutsularda yine büyük sayılarda yıldız oluşumu bağlamıştır.

Neden yıldız oluşumları Magellan bulutsularında hızlandı? Niye bu işlem Samanyolunda olduğu gibi yumuşak ve devamlı değil? Acaba bunun nedeni bizim Galaksimiz olabilir mi?



Şekil 2. Güney yarımküreden çıplak gözle bile görülebilen Büyük Magellan Bulutsusu, düzensiz galaksiler için iyi bir örnektir.

Büyük bir olasılık ile Magellan bulutsuları eliptik bir yörüngede Samanyolunun etrafında dönmektedir. Bu durumda bulutsular bazen Samanyoluna yaklaşırlar, bazende uzaklaşırlar. Astronomlar bulutsuların gerçek yörüngelerini bilmemelerine rağmen bulutsuların bir dairesel yörünge oluşturmaları için birkaç milyar yıl geçmesi gerektiğine inanmaktadırlar.

Her birkaç milyar yılda Magellan bulutsuları, Samanyoluna yaklaşır. Böylece Magellan bulutsuları Samanyolunun şiddetli çekim kuvvetine maruz kalırlar. Bu durumda Magellan bulutsularındaki gaz ve toz, toplanarak yoğunlaşır ve yıldız oluşum hızı artar. Eğer düşünülen bu model doğru ise Magelllan bulutsuları bize çok yakın olmalıdır. Çünkü bu iki Magellan bulutsusunda sürekli olarak büyük sayıda yıldız üretilmektedir.

Güzel bir spiral galaksi insanda büyük bir hayranlık uyandırırken Samanyolu cüceleri bu hayranlığı uyandırmaz. Cüce galaksiler insanda bir hayranlık uyandırmasa bile astronomlar için bu tip galaksiler çok önemlidir. Çünkü cüce galaksiler diğer hayranlık uyandıran galaksilerden sayıca daha üstün ve evrendeki karanlık maddenin bilinmesi için önemli bir ölçüttür.

Galaksimizin etrafında bulunan 8 cüce galaksi inkar edilemiyecek kadar küçüktürler. Fiziksel özelliklerine bakacak olursak çapları 1 veya 2 kpc ve kütleleri ise yaklaşık 10⁶ M_o kütlesi kadardır. Bu veriler altında cücelerin çapları ve kütleleri, Magellan bulutsularından bile oldukça küçüktür.

Cüce galaksilerin yıldız yoğunluğu da diğer galaksilerin yıldız yoğunluğundan oldukça azdır. Örneğin; Bir cücenin yıldız yoğunluğu, Samanyolu diskinin yıldız yoğunluğunun %0.1 kadardır.

İşte bu özellikleri cüce galaksilerin keşfedilmesini zorlaştırmaktadır. Cüce galaksiler ancak çok büyük teleskoplardan elde edilen fotoğraf plaklarının incelenmesi ile bulunmuşlardır. İlk cüce galaksiyi 1938 yılında Harvard üniversitesinde çalışan Harlow Shapley keşfetmiştir. Sharpley , Sculptor takımyıldızı doğrultusunda aldığı fotoğaf plağını incelerken siyah bir leke buldu. Önce bunu parmak izi sandı ama aynı siyah lekeyi diğer plaklarda da görünce Sharpley, buna bir çeşit yıldız sistemi adını verdi.

Sharpley'in asistanları diğer plakları daha hassas araştırarak ikinci cüceyi keşfettiler. Bu cüce ise Fornax takımyıldızında bulunuyordu. Sharpley'in yaptığı hesaplara göre ikinci cüce birinci cüceden daha uzakta bulunuyordu. 

1950 yıllarına gelindiğinde astronomlar Leo takımyıldızında iki yeni cüce galaksi buldular. California'daki Palomar dağında bulunan 48 inc'lik teleskopla alınan fotoğaf plaklarından Leo I ve Leo II cüce galaksileri keşfedilmiş oldu. İşte bulunan bu iki cüce, galaksi imparatorluğunun en uzak iki üyesi idi (Şekil. 3).

Şekil 3. Anglo-Australian Gözlemevinden alınan Leo I'e ait bir fotoğraf.

1955'de en yakın iki cüce galaksi keşfedildi. Bu cüceler, kuzey yarımküresinde yer alan Ursa Minor ve Draco idi. İkiside Polamar'dan çekilmiş fotoğraf plakları yardımı ile keşfedildiler. 1977'de yedinci cücede keşfedildi. Bu cüce ise güney yarımkürede bulunan Carina idi . Son olarak 10 Mart 1990 yılında Mike Irwin ve arkadaşları, sekizinci cüce olan Sextans'ı keşfettiler.

Tablo 2. Cüce galaksilerin bazı fiziksel özellikleri verilmiştir.

Bu sekiz cüce galaksi küçük olmalarına rağmen farklıdırlar. Galaksimize en yakın cüce galaksi 65 kpc uzaklıkta olup Ursa Minor (Küçük Ayı) takımyıldızında yer almaktadır. Bu cüce galaksi ölüdür. Bütün yıldızları günümüzden 15 milyar yıl önce oluşmuş ve galaksinin çoğu yıldızların evrimlerini tamamlamışlardır. Bu birinci tip yıldızlarının evrimlerinin bitişi ile yıldızlararası ortama verilen gaz ve toz , bu galakside ikinci bir yıldız türünün ortaya çıkışını sağlayamamıştır. Bu durum, Galaksimiz ve Magellan bulutsularına göre oldukça farklıdır. Samanyolundaki genç yıldızlar diğer yaşlı yıldızların yıldızlararası ortama verdiği toz ve gazdan oluşur. Ursa Minor o kadar küçüktür ki, yıldızların evrimlerinden dolayı dışarıya verdiği maddeyi çekimsel olarak tutamayarak yeni yıldızların oluşmasını sağlamayaz. Atılan madde ise Samanyolu tarafından yutulur. 

Cüce Galaksiler

Galaksimize en yakın ikinci cüce galaksi Draco da, Ursa Minor'e benzer bir özellik gösterir. Samanyolundan 75 kpc uzaklıkta yer alan Draco'nun yıldızları da yaklaşık olarak Ursa Minor yıldızları kadar yaşlıdır. Yapılan gözlemlerde, cüce galaksilerde daha yaşlı bir yıldız oluşumuna rastlanmamıştır. İlk defa Samanyolu cücesine benzer yıldız bizden 80 kpc uzaklıkta bulunan Sculptor galaksisinde bulunmuştur. Scuptor pozisyon itibariyle, Ursa Minor ve Draco galaksilerinin aksi yönünde bulunmaktadır. Galaksinin çapı 2 ila 3 kpc olup Ursa Minor ve Draco'dan birkaç kat daha büyük ve daha parlaktır. Scuptor'un yıldızları çok yaşlı olmasına rağmen Ursa Minor ve Draco'dakilerden biraz daha genç görünmektedir. Galaksi imparatorluğunda en yeni tanınan galaksi, Sextans takımyıldızında ve Samanyolundan 85 kpc uzaklığındaki Sextans cücesidir. Bu galaksinin ışıma gücü o kadar azdır ki, Galaksimizde bulunan sönük bir yıldızından bile daha parlak değildir. Astronomlar, henüz bütün yıldızların yaşlı olup olmadığını bilememektedirler.

Galaksimize dördüncü uzak cüce, 95 kpc uzaklıkta yer alan Carina galaksisidir. Carina'nın yıldızları, Ursa Minor, Draco ve Scuptor'un yıldızlarından daha genç ve yaklaşık olarak 7 ila 8 milyar yıl yaşındadırlar. Astronomlar daha sonra yaptıkları araştırmalarda Carina'da yaşları 15 milyar olan yaşlı yıldızları keşfettiler ama bu yaşlı yıldızların sayılarının gençler kadar çok olmadığı görüldü. 

Carina' dan daha da uzaklara gidildiğinde Fornax galaksisi ile karşılaşılır. Fornax, 8 cücenin en parlağı ve en büyüğüdür. Yapılan hesaplar Galaksimizden 140 kp uzakta olduğunu göstermektedir. Galaksinin çapı 7 kpc ve kütlesi 2 x 10⁷ M_o dir. Fornax'ın, Samanyolu ve Magellan bulutsularındaki yıldız kümelerine benzeyen yıldızları vardır. Fornax galaksisinde genç ve yaşlı yıldızlar bulunmaktadır. Bu galaksinin en genç yıldızları 3 milyar yıl yaşındadır. Galaksi imparatorluğunun en uzak 2 üyesi Leo I ve Leo II Galaksimizden 220 kpc uzağında yer alır. Bazı astronomlar Leo I ve Leo II nin Galaksimizin müthiş çekim kuvvetinden kaçtığına inanmaktadırlar ama son araştırmalar hem Leo I hem de Leo II'nin hala imparatorluğun bir parçası olduğunu göstermekdir (Şekil 4) ve (Tablo 2).

Şekil 4. Galaksimiz ve 10 arkadaşının 3 boyutlu koordinat sistemindeki konumları.

Magellan bulutsuları ve 8 cücelere ek olarak Galaksimiz, daha uzakta bulunan cüce küresel yıldız kümelerine de hükmetmektedir. Bu küresel kümeleri, Galaksimizden 100 kpc den daha uzakta bulunmaktadır. Astronomlar bu kümeleri incelediklerinde kümenin bazı yıldızlarını tek tek ayırt edebilmişlerdir. 1983'de Edinburg'daki Royal gözlemevinden Michael Hawkins, bir RR Lyrae yıldızı keşfettiğini astronomi dünyasına bildirdi. Aynı zamanda Seatle'daki Washington Üniversitesinden Bruce Margon ve arkadaşları, 120 kpc uzaklıkta kırmızı dev bir yıldız keşfettiler. Birçok astronom bu kolonileri inceleyerek elde ettikleri verilerden Galaksimizin yapısını daha iyi bir şekilde anlayabileceğimizi söylemektedir. Bu galaksilerin bize öğrettiği en açık şey ise Galaksimizin bu 10 cüceye göre çok büyük olduğu ve Fornax, Leo I, Leo II gibi uzak galaksileri çekimsel olarak imparatorluğunun birer üyesi yapmış olmasıdır. Bilindiği gibi çekim kuvveti kütlenin bir fonksiyonu olduğundan Galaksimizin 10 cüceyi yönetmesi için kütlesinin çok büyük olması lazımdır. Galaksimizin kütlesini hesaplamak istersek, 10 cücenin radyal uzay hızlarını ölçmemiz gerekmektedir. Bu galaksilerin hızı ne kadar büyük olursa olsun, Galaksimiz bu cüceleri imparatorluğun birer parçası olarak tutar.

Bir galaksinin radyal hızı, galaksinin spektrumunun incelenmesinden elde edilen kırmızıya kayma miktarının Doppler formülünde kullanılması ile bulunur. Galaksimizin kütlesini hesaplamak, bu bilinmeyen hızlar hakkında yapılan çalışmalara bağlıdır. Böyle bir çalışmayı 1989 yılında Arizona Üniversitesi astronomlarından Dennis Zaritsky ve arkadaşları Galaksimizin kütlesini, uydu galaksilerin radyal hızlarını ölçmek suretiyle hesaplamışlardır. Yapylan hesaplamalar Galaksimizin kütlesinin 4 x 10¹¹ ila 5 x 10¹² M_o arasında değiştiğini göstermektedir. Kütlenin iyi bir şekilde tayin edilebilmesi için galaksilerin radyal hızlarının iyi bir şekilde ölçülmesi gerekmektedir. 

Galaksi imparatorluğunun en uzak üyeleri bizlere Galaksimizin oluşumu hakkında ipucları verebilir. 1962'de Olin Eggen, Donald Lynden - Bell ve Allan Sandage (kısaca ELS) bir Galaksi oluşum modeli geliştirdiler. ELS olarak bilinen bu modele göre; Galaksimiz bir tek ilkel gaz bulutunun içe doğru çökmesi sonucu oluşmuştur. Bu çökme iki kısımdan meydana gelmiştir. İlk çökmede Pop II adı verilen metalce zengin olmayan ve yaşlı yıldızlar meydana gelmiş, daha sonra ki ikinci çöküşte ise Pop I adı verilen, metalce zengin ve Galaksimizin diskinde yer alan genç yıldızlar oluşmuştur.

1978 yılında Leonard Searle ve Robert Zinn Galaksimizin oluşumu hakkında alternatif bir model sundular. ELS nin önerdiği modelin aksine Galaksimizin daha karmaşık olarak oluştuğunu söylediler. Searle ve Zinn Galaksimizin, Magellan bulutsuları ve 8 cüce gibi küçük galaksiler olarak doğduğunu ve birbirleriyle çarpışması ile oluştuğunu söylediler. Bu çarpışmalarla yığılma büyüdü ve çekim kuvveti arttı. Çekim kuvvetinin büyümesiyle de, yeni oluşmakta olan Galaksimiz evremizde bulunan daha çok galaksiyi çekti. Bu işlem Samanyolunun Güneş'in kütlesinin 10¹² katına erişinceye kadar sürdü.

Samanyolunun, küçük savunmasız galaksilere karşı hala bir iştahı vardır. Cücelerin en yakını olan Ursa Minor büyük bir hızla Galaksimize yaklaşmaktadır. Bir kısım bilim adamı, Ursa Minor'un bu gidişte Galaksimizle çarpışabileceğini ve hatta Ursa Minor'un yıldızlarını kendi bünyesine alabileceğini söylüyorlar. Yapılan gözlemlerde astronomlar, Magellan Bulutsuları ile Galaksimizin arasında bir "hidrojen köprüsü" keşfettiler. Bu olayın anlaşılmasıyla, bir gün Magellan Bulutsularının da Galaksimizle çarpışacağı kanısı kuvvetlenmiş olmaktadır.

Kaynaklar

Astronomy Picture of the Day (http://antwrp.gsfc.nasa.gov/apod/astropix.html)