Disk Gökadaların Yapıları

Günümüz disk gökadaları genellikle kalın, yıldızlarla dolu bir dış disk ve buna gömülü ince bir yıldız diski içerir. Örneğin, Samanyolu gökadamızın kalın diski yaklaşık 3.000 ışık yılı ve ince diski yaklaşık 1.000 ışık yılı genişliğindedir.

Bu ikili disk yapısının farklılıkları nedir ve nasıl oluştular? NASA’nın James Webb Uzay teleskobunun birden fazla gözlem programından gelen verilerini inceleyen bir gökbilimci ekibi bu soruların cevaplarına yakınlar. Aynı zamanda genel olarak disk gökadalarının kökenlerinin sırlarını da çözeceklerini düşünüyorlar.

Ekip, 11 milyar yıl öncesine kadar zamanda oluşmuş ve kenarından görülen 111 disk gökadasının istatistiksel bir örneğini dikkatlice seçti, görsel olarak doğrulayarak analiz etti. Bu, bilim insanlarının bu kadar büyük mesafelere yayılan kalın ve ince disk yapılarının ilk kez araştırıldığı ve erken evreni araştıran gözlemciler ile gökadamızın tarihini anlamaya çalışan galaktik arkeologlar arasındaki boşluğu kapattığı çalışmadır.

Makalenin baş yazarı ve Canberra’daki Avustralya Ulusal Üniversitesinde araştırmacı olan Takafumi Tsukui: “Yüksek kırmızıya kaymada veya evrenin erken dönemlerinde disklerin kalınlığının bu benzersiz ölçümü, yalnızca Webb ile mümkün olan kuramsal çalışma için bir kıstastır” dedi. “Genellikle, daha yaşlı, kalın disk yıldızları sönüktür ve genç, ince disk yıldızları tüm gökadayı gölgede bırakacak derecede parlaktır. Ancak Webb’in çözünürlüğü ve tozun arkasındaki sönük eski yıldızları gösterme konusundaki benzersiz yeteneği sayesinde, gökadaların iki diskli yapısını belirleyebilir ve kalınlıklarını ayrı ayrı ölçebiliriz.”

Verilerle Kalın ve İnce Diskler

Bu 111 gökadayı kozmolojik zaman boyunca analiz eden ekip, tek ve çift diskli gökadaları inceledi. Sonuçlar, gökadaların önce kalın bir disk, ardından ince bir disk oluşturduğunu gösteriyor. Bunun ne zaman gerçekleştiği gökadanın kütlesine bağlı: yüksek kütleli, tek diskli gökadalar yaklaşık 8 milyar yıl önce iki diskli yapılara geçiş yaptı. Buna karşılık, düşük kütleli, tek diskli gökadalar gömülü ince disklerini daha sonra, yaklaşık 4 milyar yıl önce oluşturdu.

“İnce yıldız disklerini ilk kez daha yüksek kırmızıya kaymada çözdük. Gerçekten yenilikçi olan şey, ince yıldız disklerinin ne zaman ortaya çıkmaya başladığını belirlemek oldu” diyor Canberra’daki Avustralya Ulusal Üniversitesinde makalenin ortak yazarlarından Emily Wisnioski: “İnce yıldız disklerinin 8 milyar yıldan daha eski zamanda görmek şaşırtıcıydı.”

Gökadalar İçin Çalkantılı Bir Zaman

Ekip, tek bir kalın diskten kalın ve ince diske doğru gerçekleşen bu geçişi, yüksek ve düşük kütleli gökadalar arasındaki zamanlama farkını açıklamaya çalıştı. Başta kenardan görülen gökada örnekleri için Atacama Büyük Milimetre/milimetre altı Dizisi (ALMA) ve yer merkezli araştırmalardan gelen hareket halindeki gazı gösteren veriler incelendi.

Gökadaların gaz disklerinin hareketini göz önünde bulundurularak, sonuçların kalın ve ince disk oluşumu sürecini açıklamak için önerilen üç ana hipotezden biri olan “çalkantılı gaz diski” senaryosuyla uyumlu olduğu fark edildi. Bu senaryoda, erken evrendeki çalkantılı (türbülanslı) bir gaz diski yoğun yıldız oluşumunu tetikleyerek kalın bir yıldız diski oluşturur. Yıldızlar oluştukça gaz diskini dengelerler, bu da daha az çalkantılı ve ince bir diske dönüşür.

Büyük gökadalar gazı yıldızlara daha verimli bir şekilde dönüştürebildiğinden, düşük kütleli benzerlerinden daha erken çökerler ve bu da ince disklerin daha erken oluşmasına neden olur. Ekip, kalın ve ince disk oluşumunun süreci bitmiş olaylar olmadığını belirtiyor: Kalın disk, gökada geliştikçe ince diske oranla daha yavaş bir şekilde büyümeye devam ediyor.

Samanyolu’ndaki durum

Webb’in hassasiyeti, gökbilimcilerin bizimkine benzeyen daha küçük ve daha sönük gökadaları erken zamanlarda ve benzeri görülmemiş bir netlikle ilk kez gözlemelerini sağlıyor. Bu çalışmada, ekip kalın diskten kalın ve ince diske geçiş döneminin Samanyolu’nun ince diskinin oluşumuyla kabaca örtüştüğünü belirtti. Webb ile gökbilimciler Samanyolu benzeri öncülleri -Samanyolu’ndan önce var olmuş gökadalar- daha fazla araştırarak gökadamızın oluşum tarihini açıklamaya çalışacaklar.

Ekip gelecekte kenar gökada örneğine başka veri noktalarını da eklemeyi planlıyor.

Tsukui: “Bu çalışma ince ve kalın diskleri yapısal olarak ayırt ederken, keşfetmek istediğimiz daha çok şey var” diyor. “Yıldız hareketi, yaş ve metallik gibi insanların yakın gökadalar için kullandığı bilgi türlerini de çalışmamıza eklemek istiyoruz. Bunu yaparak, yakın ve uzak gökadalardan gelen fikirleri birleştirebilir ve disk oluşumunu daha iyi kavrayabiliriz.”