Leviathan’ın genişleyen yıldızları, tozlu devlerin kompakt galaksilere dönüştüğü fikrine meydan okuyor

James Webb Uzay Teleskobu’nu (JWST) kullanan gökbilimciler, evrenin erken dönemlerinde Leviathan adı verilen devasa, toz bakımından zengin bir galaksinin varlığını doğruladılar. Evrenin kabaca 1,5 milyar yaşında olduğu dönemde görülen galakside yıldızların yoğunlaşması yerine dağınık bir şekilde yer aldığı görülüyor. Garip yıldız dağılımını anlatan bir makale, arXiv 19 Ekim’de ön baskı sunucusu.

Tozlu parlak galaksiler

Milimetre altı galaksiler son derece parlak, tozla örtülü galaksilerdir, genellikle 2 ila 3 civarında kırmızıya kayma gösterirler ve yılda yüzlerce ila binlerce güneş kütlesinde yıldızlar oluştururlar. Toz, daha kısa dalga boyundaki optik ve ultraviyole ışığı emer ve milimetre altı dalga boylarında tespit edilen onu yeniden yayar. Günümüzün devasa eliptik galaksileri olan devasa hareketsiz galaksilerin (MQG’ler) olası öncüleri oldukları düşünülüyor.

Bunları incelemek, galaksilerin nasıl oluştuğuna, kaç tane yıldız içerdiklerine ve gazı ne kadar verimli bir şekilde yıldızlara dönüştürdüklerine ilişkin teorileri test edebilir. Bu galaksilerden elde edilen bilgiler aynı zamanda karanlık madde halelerinin ne kadar ağır olduğunu da açıklayabilir.

Yıldız oluşturmayı bırakmış olan dev hareketsiz galaksiler, 11,5 ila 12,5 milyar yıl önce görüldüğünde oldukça kompakttır. Yalnızca 0,2 ila 1 kiloparsek arasındaki yarı ışık yarıçaplarıyla, yıldızlarda güneş kütlesinin on milyarlarcasını barındırıyorlar. Bu, milimetre altı galaksiler olduğu düşünülen atalarının çok hızlı bir şekilde yoğun yıldız çekirdekleri inşa etmiş olması gerektiği anlamına geliyor.

Toz emisyonları kompakttır ve yarıçapları yaklaşık 1 ila 2 kiloparsek arasındadır, ancak mevcut yıldızların nerede olduğunu değil, yalnızca yıldızların şu anda oluştuğu yeri gösterir. Ancak artık JWST, galaksilerin yıldızlardan gelen soluk parıltısını tespit edebiliyor.

Leviathan: Eski bir dev

Kopenhag Üniversitesi’nden William M. Baker liderliğindeki ekip, şimdi yıldızların devasa bir milimetre altı galakside nerede bulunduğunu araştırdı ve kütlesini ölçtü. Ekip makalede şöyle yazıyor: “Bu galaksilerin kompakt MQG’ler olma yolunda olup olmadığı, yıldız kütlelerinin (sadece ışıklarının değil) nerede bulunduğunun ölçülmesini gerektirir.”

Ekip, 2012 yılında keşfedilen devasa bir milimetre altı galaksi olan Leviathan’ın kütlesini ve kırmızıya kaymasını ölçtü. Spektrumunda, hidrojen ve iyonize nitrojenden kaynaklanan emisyonları tespit ettiler. Bu çizgileri kullanarak galaksinin tamamı için z = 4,0514’ün kırmızıya kaymasını ölçtüler.

Kütlesini ölçmek için ekip, Leviathan’dan gelen 31 farklı ışık bandını galaksideki yıldız ve toz modellerine sığdırdı ve yaklaşık 219 milyar güneşten oluşan bir yıldız kütlesini ortaya çıkardı. Araştırmacılar, elde edilen kütlenin onu kırmızıya kayma 4’ün ötesinde spektroskopik olarak doğrulanan en büyük gökadalardan biri yaptığını söylüyor.

Daha sonra araştırmacılar, Leviathan’ın yılda yaklaşık 410 güneş kütlesinde yıldız oluşturduğunu tahmin etti. Ekip, bunun “Leviathan’ı yıldız oluşturan ana dizinin z≈4’teki devasa ucuna yerleştirdiğini” belirtiyor.

Kompakt mı yoksa yayılmış mı?

Büyüklüğünü tahmin etmeye devam eden araştırmacılar, Leviathan’ın yaklaşık 11,5 milyar yıl önce görülen çoğu milimetre-altı gökadadan daha büyük olduğunu buldu. Üç tür yarıçap ölçtüler: Galaksinin ışığının yarısını, yıldız kütlesinin yarısını ve toz parıltısının yarısını içeren yarıçap.

Yarı ışık ve yarı kütle yarıçapları sırasıyla 4,3 ve 3,1 kiloparsektir, dolayısıyla kütle ışıktan daha yoğundur. Bu, merkezin ilk önce oluştuğu ve daha eski ve tozlu olduğu, kenar mahallelerin ise daha genç ve daha parlak olduğu “içten dışa” büyümenin tipik bir örneğidir. Yıldız oluşumu disk boyunca yayılmıştır. Tozun yıldızlardan yalnızca biraz daha yoğun olduğu (yaklaşık 2,2 ila 2,5 kiloparsek) tespit edildi.

Tüm gazı yıldızlara dönüşse bile yalnızca 2,8 kiloparsek kadar küçüleceğini hesapladılar. Merkez yoğunluğu kompakt, hareketsiz galaksilerinkinden düşüktür. Bu nedenle Leviathan’ın kompakt, hareketsiz bir galaksi haline gelmesi pek olası değildir.

Araştırmacılar, “Yıldız oluşumu mevcut uzaysal dağılımıyla devam ederse, Leviathan’ın bu nedenle 3 < z < 5'teki devasa hareketsiz galaksilerin kompakt yapısını geliştirmesi pek olası değil" diyor.

Bunun yerine geniş, disk benzeri hareketsiz bir galaksi haline gelebilir. Çalışma, erken evrendeki tozlu galaksilerin büyüdükçe farklı yollar izleyebileceğini öne sürüyor.