Yeni simülasyonlara göre Samanyolu binlerce galaksiden oluşmuş olabilir

Evrenin ilk günlerinde evimiz bugünkünden çok farklı görünüyordu. O zamanlar, evrenimizdeki, sonunda Samanyolu mahallemiz haline gelecek olan bölge, binlerce küçük galaksiden oluşan bir koleksiyondu; bazıları tonlarca yeni yıldız pompalıyor, diğerleri yalnızca gazla dolu ya da ölü yıldızlar ve kara deliklerle doluydu.

Chicago Üniversitesi’nde astronomi ve astrofizik alanında yardımcı doçent olan Harley Katz liderliğindeki bir grup bilim insanının gerçekleştirdiği yeni simülasyonlar sayesinde, bu galaksilerin zaman içinde nasıl bir araya geldiğini ve bugün gördüğümüz tanıdık sarmal diski nasıl oluşturduğunu izleyebilirsiniz.

Yüksek güçlü süper bilgisayarlarda bile çalıştırılması üç yıl süren simülasyonlar, Samanyolu gibi bir galaksinin varlığının ilk birkaç milyar yılında nasıl evrimleştiğini gösteren bugüne kadarki en ayrıntılı model.

“Kozmik şafak dediğimiz anda Samanyolu nasıl görünüyor?” dedi Katz. “İlk defa, Samanyolu’nun ilk evrelerinin Hubble veya James Webb Uzay Teleskobu gibi teleskoplara nasıl görüneceğini doğrudan tahmin edebiliyoruz.”

MEGATRON adını taşıyan projedeki altı makale, erken galaksilerin yapısına ve elementlerin zaman içinde nasıl oluştuğuna dair yeni bilgiler sağlıyor. Makaleler şu adreste yayınlanıyor: Açık Astrofizik Dergisi.

Samanyolu’nun zaman içinde nasıl geliştiği

Evreni incelemek için evrenin doğuşuna yolculuk yapamayacağımıza göre, uzayın zaman içinde nasıl evrildiğini anlamamızın tek yolu, doğa kanunları hakkında bildiklerimizi temel alan ayrıntılı bilgisayar modelleri oluşturmaktır.

Katz, “Aslında, konuyla ilgili olduğunu düşündüğümüz tüm fiziği (yerçekimi, hidrodinamik, radyasyon, kimya vb.) dahil ediyoruz ve sonra onun gelişmesine izin veriyoruz ve bugün etrafımıza baktığımızda gerçekte gördüklerimizi yeniden üretip üretmediğini görüyoruz” dedi.

Güçlü James Webb Uzay Teleskobu’ndan gelen yeni veriler, evrene dair anlayışımıza yeni bir boyut ekledi. Üç yıl önce bir bilim insanı ekibi, bu yeni keşfedilen bilgiyi galaksimizin varlığının ilk milyar yılında nasıl görünebileceğini gösteren bir modele dahil etmek için bir proje üstlendi. Artık bunu Webb’in bugün aldığı okumalarla karşılaştırarak neyin eşleştiğini ve neyin eksik olduğunu görebilirler.

Bilim insanları, eğer zamanı geriye alırsanız, her türden irili ufaklı galaksilerden oluşan bir ağ göreceğinizi ve bunların sonunda modern Samanyolu ile birleşeceğini söyledi.

Katz, “Modeldeki binlerce alt sistemi takip ediyoruz ve en güçlü uzay teleskoplarımızla hepsinin nasıl görüneceğini doğrudan hesaplıyoruz; bu, daha önce simüle edilenlerden kat kat daha fazla bir rakam” dedi. “Bunların içinde inanılmaz bir çeşitlilik görüyorsunuz. Bazıları yıldız oluşumunda patlıyor, diğerleri ölü, diğerleri ise ölme sürecinde.”

Benzersiz bulgulardan biri de modelin, hiç yıldızı olmayan ama yine de parıldayan “galaksilerin” varlığını öngörmesiydi. Bunlardan bazılarında bir zamanlar patlayan veya doğrudan kara deliklere çöken yıldızlar olmuş olabilir; diğerleri yalnızca gaz içermiş olabilir.

Başka bir keşif, yıldız astrofiziğinde uzun süredir devam eden bir bulmacayı ele alıyor. Samanyolu’nda genellikle daha küçük ve sönük galaksilerin daha az demir içerdiğini görüyoruz. Ancak bu eğilim, demir miktarının kütleden bağımsız olarak sabit göründüğü son derece sönük sistemlerde bozuluyor. Şu ana kadar simülasyonlar bu davranışı yeniden üretemedi.

Simülasyona göre suçlu, Büyük Patlama’nın hemen sonrasında kalan egzotik türde bir yıldızın patlamasıdır. Popülasyon III yıldızları olarak bilinen bu yıldızlar o kadar yaşlı ki, yalnızca evrende var olan ilk elementlerden (hidrojen ve helyum) oluşuyorlar ve patladıklarında diğer süpernovalardan daha fazla demir üretebiliyorlar. Eğer bir galaksi yeterince büyükse, bu demiri tutacak kadar yer çekimine sahip olacaktır; ancak çok küçük olursa demir uzaya kaybolacaktır.

Aslında bu Popülasyon III yıldızları o kadar yaşlı ki hiçbiri doğrudan teleskoplarla görülemedi. Setteki bir başka makale, bu yıldızların Samanyolu gibi bir ortamda nasıl oluştuğunu gösteren ilk makale olma özelliğini taşıyor ve bu yıldızların hala var olması durumunda büyük olasılıkla nerede bulunacağını tahmin ediyor; bu da gökbilimcilerin onları aramasına yardımcı olabilir.

Yıldızların ve elementlerin fiziği

Bu simülasyonların ayırt edici özelliği, daha önce denenenlerden çok daha karmaşık olmalarıdır.

Katz, “Simülasyonumuzu benzersiz kılan şey, Büyük Patlama’dan sonra bireysel yıldızlardan bireysel kimyasal elementlerin zenginleşmesini yerçekimi, kimya, radyasyon ve yıldız süreçleri için ayrıntılı modellerle birlikte ilk kez modellemiş olmamızdır” dedi.

Örneğin bu model, “denge dışı fizik”in ayrıntılı hesaplamasını içeren ilk büyük ölçekli simülasyondu. Çoğu fizik modeli, basitlik adına, sistemin kimyasının az ya da çok dengede olduğunu varsayar. Ancak elbette gerçek evrende galaksiler sürekli olarak evrimleşiyor ve bu da çoğu zaman bu temel varsayımı bozuyor.

Bilim adamları bunun nihai sonucu ne kadar etkileyeceğinden emin değildi ve bunu bir simülasyona dahil etmek, hesaplamayı önemli ölçüde yavaşlatıyor.

Bununla birlikte, çalışmanın bir parçası olan iki makale, denge dışı fiziğin eklenmesinin, özellikle galaksilerin etrafındaki, galaksilerin etrafındaki ortam olarak bilinen gaz akışlarıyla uğraşırken, gerçek bir fark yarattığını gösteriyor.

Bu karmaşıklığın eklenmesi, bilim adamlarının gözlemleri daha doğru bir şekilde yorumlamasına ve evrenin oluşumuyla ilgili birçok soruya olası cevapların sayısına sınırlar koymasına olanak tanır.

Katz, “Bu sonuçlara bakıldığında, Büyük Patlama’nın hemen ardından meydana gelen fiziğin, bugün yerel evrende gördüklerimiz üzerinde doğrudan bir etkiye sahip olduğu çok açık” dedi.

“Fakat doğru yapmadığımız şeyler de var ki bu da ilginç; hâlâ eksik olduğumuz kısımlar neler? Bu sizi yeni yönlere ve yeni sorulara yönlendirebilir.”