Galaksi nedir? Bu cevaplanması şaşırtıcı derecede zor bir soru

Köşe yazarı, gerçekte neyin galaksi sayıldığını anlamanın bize karanlık madde hakkında fikir verebileceğini ve potansiyel olarak astrofizik, kozmoloji ve parçacık fiziğini sarsabileceğini söylüyor Chanda Prescod-Weinstein

Bir yıldız koleksiyonu ne zaman sadece bir yıldız koleksiyonudur ve ne zaman bir galaksidir? Bu kulağa inek şakası ya da bilmece gibi gelebilir ama aslında astronomi camiasının üzerinde uğraştığı gerçek bir bilimsel sorudur.

Profesyonel yıldız gözlemcisi olmayan bizler, galaksileri tanımlanması kolay, eksiksiz nesneler, neredeyse tamamlanmış sanat eserleri gibi düşünmeye o kadar alışkınız ki. Galaksilere bakmak için arka bahçemde teleskop kullandığımda, milyarlarca, bazı durumlarda 100 milyar veya daha fazla yıldızın parlak ışığını yayan spiraller görüyorum. Teorik parçacık kozmologu olarak kendi araştırmalarımdan, bu galaksilerin görünür bölgelerinin çok ötesine uzanan görünmez bir karanlık madde halesi tarafından nüfuz edildiğini ve çevrelendiğini biliyorum. Lisansüstü eğitimimden ayrıca tüm galaksilerin sarmal şekle sahip olmadığını da biliyorum. Bazıları eliptiktir ve üstten sıkıştırılmış küreler şeklindedir. Bu bakış açısıyla galaksinin ne olduğu sorusu çok basit geliyor.

Ancak birkaç sütun önce yazdığım gibi, galaksilere ilişkin anlayışımızı nasıl organize ettiğimiz her zaman devam eden bir çalışmadır. Örneğin, net bir spiral yapıya ve milyarlarca yıldıza sahip bir şeyi kategorize etmek kolayken, küresel görünen ve milyonlarca yıldızı olan bir şeyi kategorize etmek nasıl olur? Bu bir galaksi mi? Aslında az önce anlattıklarım küresel kümenin temel tanımıdır. Bunlar, sadece birkaç ışıkyılı çapındaki bir oluşuma yerçekimsel olarak bağlı olan onbinlerce ila milyonlarca yıldızdan oluşan koleksiyonlardır – dilerseniz karmakarışıklar da diyebiliriz. Daha da önemlisi galaksilerin içinde yaşıyorlar.

Küresel kümelerin yalnızca galaksilerin içinde bulunması, bunların galaksilerin kendisinden açıkça farklı bir kozmik fenomen olduğunu akla getiriyor gibi görünüyor. Ayrıca, küresel kümeler kompakttır ve galaksiler dağınıktır, uzaya daha fazla dağılmışlardır. Bu, Samanyolu’na kütleçekimsel olarak bağlı olan cüce küresel galaksiler için bile geçerlidir. Bizim galaksimizden daha küçükler ama yine de göreceli olarak büyük ve yayılmış durumdalar. Ayrıca daha çeşitli yıldızlara sahip olma eğilimindeyken, küresel kümeler daha homojen popülasyonlardan oluşur. Artık cüce küresellerin kendi karanlık madde halelerinde bulunduğunu, küresel kümelerin ise böyle olmadığını biliyoruz.

Karanlık maddeyle çevrelenmiş, iç içe geçmiş bir galaksiler bebeği hayal edin. İçinde büyük bir hale ve daha sonra kendi küçük alt-halolarında daha küçük cüce kürecikler bulunan Samanyolu var. Buradaki genel tablo budur. Aslında bazı gökbilimcilere göre iki kategoriyi birbirinden ayıran şey budur: Galaksi olmak, karanlık maddeyle dolu olmaktır.

2005 yılına kadar bu sınır iyi işliyor gibi görünüyordu ancak daha sonra Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ilk veri setini yayınladı. Gece gökyüzünün dörtte birinden fazlasını taramakla görevlendirilen SDSS, daha önce hiç görülmemiş çok sayıda nesneyi katalogluyordu. Gökbilimciler bu veriler içerisinde Samanyolu yakınındaki çok sönük, görülmesi zor yıldız koleksiyonlarının gözlemlerini buldular. Bu son derece zayıf Samanyolu uyduları, küresel kümeler ile galaksiler arasında ayrım yapmanın kolay olduğu yönündeki anlatıya meydan okuyor.

Bazı durumlarda, takip gözlemleri, söz konusu kozmik nesnenin gerçekten de karanlık maddeyle dolu bir galaksi olduğunu açıkça ortaya koydu. Bu çalışma devam ediyor ve her zaman kolay olmuyor. Doğal zayıflıkları bu uyduları gözlem açısından zorlu hale getiriyor. O zamanlar Canberra’daki Avustralya Ulusal Üniversitesi’nde çalışan Blair Conn ve meslektaşlarının 2018 tarihli bir makalesinde belirttiği gibi, bu kafa karıştırıcı nesnelerin bir “belirsizlik çukurunda” yaşadığı söyleniyor. Açıkça galaksi değiller ama galaksi olmadıkları da açık.

Her ne kadar belirsizlik çukurunu daraltmak için daha fazla veri beklemiş olsak da belirsizlik bazı yönlerden derinleşti. Son zamanlarda yapılan gökyüzü araştırmaları, çok daha sönük nesnelerden oluşan bir popülasyonu açığa çıkararak suları daha da bulandırmıştır ve artık bunların galaksi olmadıklarını varsaymamaktan daha iyisini biliyoruz. Ve neyin ne olduğu konusunda hepimiz hemfikir değiliz: örneğin, Kanada’daki Victoria Üniversitesi’nden Simon Smith liderliğindeki bir ekibin 2023 tarihli bir makalesi, araştırmacıların “Samanyolu’nun bilinen en az parlak uydusu” olarak adlandırdığı Büyük Ayı III’ün keşfini ilan etti. Bu açıklama ne kadar kendinden emin olsa da, yazarlar iddialarını ortaya koyan bir tür savaşla karşı karşıyadır çünkü gözlemler galaksideki yalnızca 60 yıldızı saymaktadır! Bu bir yazım hatası değil; 60, 60.000, 60 milyon ya da 60 milyar değil. Sadece 60.

Büyük Ayı III ne kadar küçük olsa da büyük bir etkiye sahip olabilir. Geçen yıl bir araştırma ekibi, eğer bu gerçekten bir galaksi ise, o zaman bunun bir sınıf karanlık madde modelini dışlamak için kullanılabileceğini iddia etti. Büyük Ayı III ve onun gibi diğer kompakt, aşırı zayıf Samanyolu uydularının gerçekten galaksi olup olmadığını anlamak astrofizik, kozmoloji ve parçacık fiziğini sarsma potansiyeline sahip.

Bu soru üzerinde ilerleme kaydediliyor. Geçen ay, Yale Üniversitesi’nden William Cerny ve meslektaşları, bu nesnelerin büyük bir grubuna ilişkin ilk kapsamlı araştırmayı içeren bir rapor yayınladılar. Sonuçları mı? Bunlar çeşitli türlerin bir karışımıdır, ancak daha fazla gözlem gereklidir. İniş için heyecan verici bir yer olan bildiklerimizle ilgili size söyleyecek kesin bir şeyim yok. Şu anki konumumuz, araştırma ortası heyecanı, bildiklerimizin sınırında durup onu aştığımız kısım.

Ne okuyorsun?

Şairler, özellikle Cortney Lamar Charleston’ın koleksiyonu Hatırlamam Önemli ve Camonghne Felix’in manifestosu Bırakın Şairler Yönetsin.

Ne izliyorsun?

Çok fazla Alfred Hitchcock!

Ne üzerinde çalışıyorsun?

Kitabımın ABD lansmanına hazırlanıyorum Uzay-Zamanın Sınırı 7 Nisan’da!

Chanda Prescod-Weinstein New Hampshire Üniversitesi’nde fizik ve astronomi alanında doçenttir. O, yazarıdır Düzensiz Kozmos ve çıkacak kitap Uzay-Zamanın Sınırı: Parçacıklar, şiir ve kozmik rüya boogie’si