Evrende yıldız oluşumunu tamamlamış olan galaksilere durgun galaksiler diyoruz. Son 10 milyar yılda evrendeki yıldız oluşum hızı yüzde 97 ve Samanyolu’ndaki yıldız oluşum hızı da 10 kat azaldı. Peki galaksileri ne öldürüyor? Evrendeki genç yıldız oluşumunu durduran üç sebebi görelim.
Galaksileri tüketen mekanizma
İlk galaksiler evren 500 milyon yaşındayken, yani 13,28 milyon yıl önce oluştu. Bilim insanları da Samanyolu’ndan iki kata kadar büyük olan bütün galaksilerin sadece 2 milyar yıl içinde olgunlaşarak gelişimini tamamladığını ortaya çıkardı. Sarmal galaksiler milyarlarca yıldız içeren galaksi diski oluşana dek çok hızlı bir şekilde genç yıldız üretiyor; ama sonra yıldız doğum hızı on kata kadar azalıyor. Peki neden? Bu yazıda evrendeki yıldız oluşumunu durduran 3 seri katili araştıracağız.
Yine de kozmik kaderden kaçış yoktur. Samanyolu-Andromeda çarpışması 3 milyar yıl sonra başlayacak ve 8 milyar yıl sonra tamamlanacak. Ancak, bilim insanları Samanyolu’ndaki yıldız oluşum hızının 4 milyar yılda büyük ölçüde duracağını söylüyor. Bunun bir sebebi, Andromeda çarpışmasının yıldızlararası gaz ve toz bulutlarını sıkıştırarak yıldız oluşumunu aşırı hızlandırmasıdır.
Kulağa çelişkili gibi gelebilir ama yıldız oluşumunun hızlanması demek, yeni yıldız oluşumunu tetikleyecek olan soğuk hidrojen gazının da hızla tükenmesi demektir. 1) Yıldız oluşumu hidrojeni tüketir ve 2) Yıldızlar hidrojeni ısıtıp üfleyerek seyreltir ve yeni yıldızlar oluşturmak üzere topaklanmasını önler.
Bu nedenle Samanyolu’nun insan ömrü açısından bugün 45 yaşında olduğunu ve 4 milyar yıl sonra 75 yaşında olacağını söyleyebiliriz. Oysa uzun süre canlılığını koruyacak bir galakside yaşıyor olsak da Samanyolu yıldız oluşumunu durduran üç sebepten, yani kozmik mahşerin üç atlısından zamanla etkilenecektir:
Samanyolu canlı bir galaksi ama astronomlar uzak galaksilere baktıklarında bunların daha çok kırmızı cüceler içerdiğini görüyor. Güneş benzeri yıldızlar çoktan sönüp beyaz cüceye dönüşmüş ve daha büyük yıldızlar da süpernova halinde patlayıp kara delik veya nötron yıldızına dönüşmüş oluyor. Kısacası bunlar durgun galaksilerdir.
Gerçi hiçbir galakside yıldız oluşumu tümüyle durmaz, yani evrenin bile yaşlanacağı uzak gelecek hariç; ama yıldız oluşum hızı yüzde 5’in altına düşen galaksileri ölü kabul ederiz. Neyse ki teleskoplar yoluyla uzağa bakıp seri katilleri iş üstünde yakalayabiliriz. Ne de olsa ışık hızı boşlukta saniyede 300 bin km ile sınırlıdır ve ne kadar uzağa bakarsak o kadar eskiyi görürüz. Bu da galaksilerin durgunlaşma sürecini gösterir. Galaksilerin ölmesinin ilk sebebi ise boğulmadır.
Normalde galaksiler yıldız doğururken yıldızların ham maddesi olan hidrojen ve helyum gazı yıldızların içinde hapis kalarak tükenir. Ancak, galaksiler uzayda yol alırken dev hidrojen bulutlarının içinden geçerek gaz stoklarını yeniler; fakat bu sonsuza dek sürmez. Evrenin genişleme hızı 3,26 milyon ışık yılı uzakta saniyede 70 km’dir ve uzaklığa bağlı olarak katlanarak artar.
Samanyolu galaksisinin hızı Laniakea süper galaksi kümesine göre saniyede 630 km ve Virgo kümesine göre saniyede yaklaşık 400 km’dir. Ancak, 32 milyon ışık yılından daha uzak galaksilerle gaz bulutları asla çarpışamayacağımız kadar uzaktır. Bu nedenle Samanyolu’nun gelecekte erişebileceği hidrojen gazı stokunun 20 milyon ışık yılı çapındaki bir kürede yer aldığını söyleyebiliriz. Samanyolu 10 milyar yıl içinde dış uzaydaki gaz stoklarını tümüyle tüketecektir.
Dolayısıyla galaksiler 1) Evrenin genişlemesiyle gaz stoklarından uzak kaldığı, 2) Gaz stoklarını rakip galaksilere kaptırdığı ve 3) Civarda çarpışacak galaksi kalmadığı için büyümeyi durdururlar. Büyümenin durması yıldız oluşumunun da durması demektir. Bu sürece boğulma deriz.
2015 yılında Cambridge Üniversitesi ve Edinburgh Kraliyet Gözlemevi yerel galaksilerin tayfını inceledi ve bunlardaki ağır metal oranının yüksek olduğunu buldu. Ağır metalleri ölmek üzere olan veya süpernova halinde patlayan yıldızlar ürettiği için bu da ilgili galaksilerin ölmekte olduğunu gösterdi. Ayrıca durgun galaksilerin Samanyolu gibi yetişkinlerden ortalama 4 milyar yıl yaşlı olduğu ortaya çıktı. Galaksiler dev gibi olduğu için boğulmaları zaman alıyordu.
Bazen bol hidrojen gazı içeren galaksilerde de yıldız oluşum süreci durur. Bunun nedeni hidrojenin yıldız oluşturmak için kendi içine çökecek kadar soğuk olması gerekmesidir. Hidrojen gazı radyasyon nedeniyle ısınırsa büzülüp yıldız doğurmaz. Civarda çok sayıda enerjik yıldız veya aktif süper kütleli kara delik varsa yeni yıldız oluşumu duracaktır.
Nitekim galaktik merkezlerdeki süper kütleli kara delikler galaksileri zamanla öldüren katillerin başında gelir: Samanyolu merkezindeki süper kütleli kara delik Sagittarius A* cisminin de geçenlerde yeniden gaz ve toz yutmaya başladığını gördük. Kara delikler yutamadıkları gazları kutuplarından uzaya püskürtür. Buna da kara delik çevresinde oluşan güçlü manyetik alanlar yol açar.
Baskılama üç türlü olur:1) Kara delikler hidrojeni ışık hızının yüzde 70-90’yla giden gaz jetleri halinde galaksi dışına püskürtür. 2) Kara deliği saran gaz diskinin yaydığı radyasyon binlerce ışık yılı çapındaki bir dairede hidrojeni ısıtır ve 3) Kara deliklerin uzaya üflediği gazlar bir tür uzay rüzgarı oluşturur.
Bu rüzgar galaksideki bulutsularla çarpışıp şok dalgası oluşturarak geçici bir süre yıldız oluşumunu hızlandırır. Ancak, Samanyolu’ndan Yükselen Fermi Köpükleri yazısında görebileceğiniz gibi uzun vadede hidrojen gazını büyük ölçüde galaksi diskine üfler. Astronomlar 2016’da Akira galaksisi merkezindeki aktif kara deliğin baskılama denilen bu süreçte galaksiyi öldürdüğünü gözlemlediler.
Astronomlar galaksileri inceledikleri zaman aktif süper kütleli kara delik içermeyen ve civarda erişebileceği dev hidrojen bulutları bulunan bazı galaksilerin de durgunlaştığını gördüler. Üstelik hidrojen bulutları galaksinin yerçekimine kapılacak kadar yakındı. Bu galaksileri öldüren mekanizmaya mahmuzlama basıncıyla gaz soyma diyoruz.
Evrendeki görünmez karanlık madde normal maddeden +5 kat fazladır ve 13,28 milyar yıl önce ilk galaksilerin oluşmasına izin veren ek yerçekimini sağlamıştır. Gerçi bütün galaksiler dev bir karanlık madde bulutuyla sarılıdır ve bu da uzayda giden galaksilerin diğer galaksilerin karanlık maddesiyle çarpışmasını, daha doğrusu bundan olumsuz etkilenmesini önler. Nasıl derseniz:
Çarpışan galaksilerin karanlık madde yoğunluğu eşit olduğu zaman galaksilerdeki hidrojen gazı görünmez karanlık duvarına çarparak galaksinin dışına çıkmaz. Galaksideki madde ve karanlık maddenin toplam yerçekimi her galaksinin kendi gaz bulutunu tutacak kadar güçlüdür.
Oysa bazen galaksiler, galaksiler arası uzayda yer alan karanlık maddenin galaksiyi saran karanlık maddeden daha yoğun olduğu bölgelerden geçer. Karanlık madde hayalet gibi olduğu için galaksiler karanlık madde bulutlarının içinden engellenmeden geçebilir.
Yıldız ve gezegenler, galaksiler arası uzayda yer alan ve galaksi geçişi sırasında arkada kalan yoğun karanlık maddenin güçlü yerçekimiyle kendine çekemeyeceği kadar ağırdır. Ancak, hidrojen çok hafiftir ve hidrojen açısından karanlık maddenin yerçekimi galaksi yerçekimini yener ve hidrojeni galaksinin arkasından kuyrukluyıldız kuyruğu gibi çekip çıkarır. 😮
Aslında görünmez karanlık madde duvarı galaksilerdeki gazı çalmaya tek başına yeterli değildir; ama galaksiler arası uzayda plazma halinde sıcak hidrojen bulutları da bulunur. Bunların oluşturduğu manyetik alan galaksilerdeki hidrojene tutkal gibi yapışır ve hidrojeni galaksiden adeta soyarak çıkarır.
Sıcak plazma yine galaksilerdeki yıldızların radyasyon basıncının eseridir ve bu yıldızların galaksi dışına üflediği gazlardan oluşur. Samanyolu’nun ait olduğu Virgo kümesi galaksilerinde soyulma bazlı durgunlaşma sürecini görebiliriz. Özetle galaksiler arası sıcak plazma galaksilerdeki hidrojeni yerçekimiyle değil, manyetik alanla kendine çeker ve galaksiden çekip çıkarır.
Toparlayacak olursak hidrojen gazı yıldızların ham maddesidir ve hidrojen stoklarını tüketen galaksilerde yıldız oluşumu durur. Bu da galaksilerin pratikte ölmesi ve durgun galaksilere dönüşmesi demektir. Galaksiler boğularak, baskılanarak ve soyularak ölürler; ama yapılan araştırmalar galaksilerin üç katilden de farklı ölçülerde etkilendiğini gösteriyor.