Evren İlk Galaksileri Oluşturduğunda Nasıldı?

Evrenin büyük ölçekli yapısı zamanla değişir, ilk yıldızlar ve galaksileri oluşturmak için küçük yapılar büyür, sonra bugün gördüğümüz büyük, modern galaksileri oluşturmak için bir araya gelirler. 

Büyük Patlama’dan 200 milyon yıldan daha az bir süre önce ortaya çıkmış olabilirler, ancak Evren o zamanlar çok farklı bir yerdi.

Bugün Samanyolu’nun ötesine baktığınızda, gördüğümüz kadarıyla, her yerde kesinlikle galaksiler var. Yıldızların, galaksilerin ya da bilinen herhangi bir maddenin olmadığı karanlık bir gökyüzü parçasını alsanız bile, yeterince derin görüyorsanız, binlerce galaksinin üzerinde binlerce ödülünüz olacak.Tüm söylenenler, gözlemlenebilir evrende tahminen iki trilyon galaksinin olduğu, her yöne milyarlarca yıldır yayıldığıdır.

Yine de gördüğümüz tüm galaksilere rağmen, Evren’de yapılan ilklerle karşılaşmak için yeterince geriye gidemedik. Şu anki kayıtın, Evrenin sadece 400 milyon yaşında olduğu zamanki ışığına ulaşmasına rağmen – şu anki yaşının% 3’ü – zaten evrimleşmiş ve eski yıldızlarla doludur. İlk galaksiler, daha önce denemediğimiz bir zamandan geliyor. Ama şanslıysak, yakında orada oluruz. İşte bu galaksilerin nasıl olması gerektiği.

Galaksi NGC 7331 ve daha küçük, ötesinde daha uzak galaksiler. Ne kadar uzağa bakarsak, zaman içinde o kadar uzağa bakarız. Sonunda, yeterince geriye gidersek galaksilerin oluşmadığı bir noktaya ulaşacağız. 

Bugün gördüğümüz galaksiler yaşlı. Çok büyükler, çok çok büyükler ve çeşitli yıldızlarla dolular. Çoğunlukla, orada çok fazla ağır element var: galaksilerde bulunan atomların yaklaşık% 1-2’si (ağırlıkça) hidrojen veya helyumdan başka bir şey. Evrenin karbon, azot, oksijen, silikon, kükürt, demir veya günümüzde yıldız ve galaksilerde bulduğumuz elementlerden herhangi biri olmadan doğduğunu düşünmek çok önemli.

Fakat onları günümüze getirmek milyarlarca yıl ve sayısız yıldız neslini aldı. Uzak Evreni tekrar ararsak, zamanda geriye bakarız ve galaksilerin o zamanlar bugün göründüklerinden çok farklı olduklarını keşfederiz. Bu ağır elementlerde bugün sahip olduğumuz galaksilerden daha küçük, daha mavili, sayısız ve fakirdiler. Evrenin tarihi boyunca galaksiler büyük ölçüde evrimleşmiştir.

Günümüz Samanyolu ile karşılaştırılabilir olan gökadalar sayısızdır, ancak Samanyolu benzeri olan genç gökadalar doğal olarak bugün gördüğümüz gökadalardan daha küçük, daha mavi, daha kaotik ve daha zengindir. 

Fakat ilkler nasıl oluştu? Ve evren bunları yaparken nasıldı?

Onları bize getiren kozmik hikaye, önce birkaç önemli adım olduğunu gösterdi. Madde antimadde olduğunda kazanıldı ; atom çekirdeği ve ardından nötr atomlar oluştu ; ilk kuşak yıldızların doğmuş ve  ölmüş olması bize  ikinci nesil yıldızları meydana getirdi . Fakat bütün bu adımlardan sonra bile, hala gökadalar yoktu.

Nedeni basit. En küçük hacimli kozmik ölçekler önce çekimsel olarak çökmekte, daha büyük ölçekler daha uzun süreçlere ihtiyaç duymaktadır.

Bir sanatçının ilk kez yıldızları oluştururken Evrenin neye benzeyebileceği anlayışı. Parladıkça ve birleştikçe, hem elektromanyetik hem de çekim gücü olarak radyasyon yayılır. Fakat öldüklerinde, ikinci nesil yıldızlara neden olabilirler ve bunlar çok daha ilginçtir. 

Burada oyundaki iki önemli faktörü düşünün: kütle çekim gücü ve ışığın hızı. Çekim, daha büyük ve giderek daha da büyük madde yığınlarını bir araya getirebilecek tek mekanizmadır. Bununla birlikte, nesnelerin çekimsel olarak büyüyebilme hızı ile sınırlıdır.

Herhangi bir uzaklıktaki bir kütle çekim kaynağı, çekim dalgaları yayabilir ve çekim gücü olarak ortaya çıkan alan dokusunu deforme eden bir sinyal gönderebilir. Ancak bu deformasyon sadece ışık hızında hareket eder; uzaktaki nesneler bu kuvveti hissetmeden önce uzun bir süre beklemelidir. 

Öyleyse, ilk yıldızlarınızın ve yıldız kümelerinizin kütle çekimsel çöküşünden ötürü nihayet bir yerde büyük miktarda kütle toplandığınızda ne olur? Birbirlerini çekerler ve sonunda etkili bir şekilde bunu yapabilirler.  Ancak, bir büyük yıldız kümesinin diğerini çeken zaman çizelgesi, bireysel yıldız kümelerinin oluşma zaman çizelgesinden çok daha uzun olacaktır. Bir tarafta birkaç bin ışık yılı olabilecek uzayın hacimlerine bakmak yerine – bir yıldız kümesi oluşturmak için neyin çökebileceği ölçeği – yeterli maddeyi bir araya getirmek için onlarca veya yüzlerce kez ölçeklere bakmanız gerekir. Böylece ilk galaksilerin yapım aşaması başlar.

Yıldızlar, onlarca, hatta Güneş kadar yüzlerce katı parlak, mavi olanlar da dahil olmak üzere çok çeşitli boyutlarda, renklerde ve kütlelerde oluşur. Burada Erboğa takımyıldızında açık yıldız kümesi NGC 3766, görülmektedir. Yıldız kümeleri, evrenin başlangıcında galaksilerden daha hızlı oluşur.

Yıldız kümeleri arasına ulaşmak çekim gücü için onlarca ya da yüzlerce yıl sürerse, galaksiler yapmanın yıldızlardan çok daha fazla zaman alacağından endişe duymalıyız. Neyse ki, bu doğru değil! Daha uzun sürer, ancak düşünülen miktarda değil. Çekim kuvveti gücü birikimlidir, bu yüzden temelde bir gecikme saatini başlatmak gibi. “Yıldız kümesi” saati, Büyük Patlama’dan birkaç milyon yıl sonra başlar; “galaksi” saati, belki de bundan on milyon yıl sonra başlar ama bir engelle: çökmek üzere daha uzağı var.

Karanlık madde akışları, bu simülasyonda görüldüğü gibi galaksilerin kümelenmesini ve büyük ölçekli bir yapı oluşmasını sağlar. 

İlk yıldız kümelerini 50 ila 100 milyon yıl sonra hızla oluşturuyoruz. Neredeyse hemen ardından ikinci nesil yıldızları oluşturuyoruz, çünkü ilk nesil yıldızlar çok kısa bir süre sonra yeni nesilleri tetikleyerek çok hızlı yaşar ve ölürler.

Öyleyse, ilk galaksilerin oluşması için on milyonlarca yıl beklemeliyiz, çünkü yıldız kümelerinin birbirlerini boş alanların derinliklerinde çekmeleri gerekir; Ve büyük galaksilerin ve daha sonra galaksi gruplarının ve galaksi kümelerinin ortaya çıkması için çok daha uzun zaman ölçekleri gerekecektir.

En büyük küme merkezli, büyük ölçekli bir çalışma. Gaz yoğunluğuna geçiş yapan koyu madde yoğunluğunu (solda) gösterir. Evrenin büyük ölçekli yapısı karanlık madde olmadan açıklanamaz. Evrende mevcut olan yapının önce küçük ölçekler üzerinde şekillendiğini, sonunda giderek daha büyük ve daha büyük olanlara yol açtığını belirtir.

Bu ilk galaksileri bulmak için en büyük zorluk, evrendeki bütün nötr atomları galaksiler arası uzayda iyonize edecek kadar yıldız oluşmamış olmasıdır. Bu, ilk yıldızlardan (ve ilk galaksilerden) gelen ışığın bu atomlar tarafından emildiği anlamına gelir; Evren hala opaktır. Şimdiye kadar gördüğümüz en erken galaksiler, Büyük Patlama’dan 400 milyon yıl öncesine dayanır ve keşfedilmiştir.

Bu uzak galaksi GN-z11, galaksiler arası ortamın çoğunlukla iyonlaştırıldığı bir bölgede bulunduğundan, Hubble bize şu anda ancak bunu gösterebiliyor. Daha fazlalarını görmek için, Hubble’dan daha iyi bir gözlemciye ihtiyacımız var. 

Ancak bundan biraz daha iyisini yapabiliriz. Bir süre sonra bir miktar galaksi daha gözlemledik ve içlerindeki yıldızların kaç yaşında olduklarını belirledik! Galaksi MACS1149-JD1, ışığı Büyük Patlama’dan 530 milyon yıl sonra gelen en uzak gökadadır. Bunu gözlemlediğimizde, içindeki yıldızların yaklaşık 280 milyon yıllık olduğunu, yani Büyük Patlama’dan sadece 250 milyon yıl sonra büyük bir oluştuğunu anlamış bulunuyoruz.

Uzak galaksi MACS1149-JD1 kütle çekimi açısından ön plan kümelenmesi tarafından lensleştirilerek (mercekleme etkisi), yeni nesil teknoloji olmadan bile yüksek çözünürlükte ve çoklu cihazlarda görüntülenmesine olanak tanır. 

Bu büyük yıldız oluşumu patlamaları basitçe gerçekleşmez çünkü sizin bir yıldız kümeniz vardı; Büyük birleşme gerçekleştiğinde, gökbilimcilerin yıldız patlaması dediği şeye yol açıyor. Çarpışan gaz, büyük miktarda yeni yıldız oluşumunu tetikleyebilen malzemenin çökmesine neden olur. Sadece çökmekte olan bir yıldız kümesinden çok daha büyük ve daha güçlü olan, bunlar gerçek ilk galaksileri işaret etmelidir. Daha büyük olacak, daha fazla yıldız içerecek, daha büyük, daha aydınlık olacaklar ve kusursuz bir imza bırakacaklar. Evrendeki kendilerini damgalayacaklar. Ve bu baskı gözlemlenebilir olacak.

Bütün kozmik tarihimiz teorik olarak iyi anlaşılmıştır, ancak yalnızca nitelikseldir. Evrenimizin geçmişinde, ilk yıldızlar ve galaksiler oluştuğundaki gibi, kozmozumuzu, gerçekleşmesi gereken çeşitli aşamalarını gözlemsel olarak doğrulayarak ve açığa vurarak gerçekten anlayabiliriz. 

Sadece Evrenin yeniden birleşmesine katkıda bulunmakla kalmayacaklar, aynı zamanda yıldızları oluşturdukları her yerde iyonize çekirdekleriyle birleşen elektronları bulacağız. Ne zaman “kozmik şafak” meydana geldiğinde, bu ilk galaksiler meydana çıktığında, her bir kanıt parçası ilk galaksilerin ana orijini olarak 200-250 milyon yıllık bir zaman çizelgesine işaret etmektedir.

İlk galaksiler için ilk önce çok sayıda adım gerekirdi: önce yıldızların ve yıldız kümelerinin oluşması gerekiyordu ve çekim gücünün bu yıldız kümelerini daha büyük kümeler halinde bir araya getirmesi gerekiyordu. Fakat onları bir kez yarattıktan sonra, şimdi onlar en büyük yapılardır ve büyümeye devam edebilir, sadece yıldız kümelerini ve gazları değil, aynı zamanda küçük galaksileri de çekebilirler. Kozmik ağ ilk büyük adımını attı ve yüz milyonlarca ve milyarlarca yıldan daha fazla ve daha karmaşık bir biçimde büyümeye devam edecek.

Bu arada, başlangıçta daha küçük aşırı yoğunluğu olan bölgeler de büyümeye devam edecek ve daha önce oluşmadıkları yerlerde ilk (veya ikinci) zaman için yıldız oluşturacaklardır. Yapıların yaratılmasının büyük kozmik hikayesi bir kerede değil, kozmos boyunca her yerde her zaman gerçekleşir.