Samanyolu binlerce küçük galaksinin birleşmesiyle doğmuş olabilir

Bugün tek bir sarmal disk olarak gördüğümüz Samanyolu, evrenin ilk dönemlerinde yüzlerce değil binlerce küçük galaksiden oluşan karmaşık bir topluluk olabilir. Chicago Üniversitesi'nden gökbilimci Harley Katz'ın yönettiği MEGATRON projesi, Samanyolu benzeri bir galaksinin ilk milyarlarca yıllık evrimini şimdiye kadarki en ayrıntılı biçimde modelledi. Projenin altı makalesi 30 Eylül 2026'da The Open Journal of Astrophysics dergisinde yayımlandı.

Simülasyon neyi gösteriyor?

Simülasyonlar, Büyük Patlama'dan yaklaşık 180 milyon yıl sonrasından başlayarak galaksimizin bulunduğu bölgenin nasıl değiştiğini izliyor. Ortaya çıkan tablo kaotik: Bazı küçük galaksiler yoğun biçimde yıldız üretirken bazıları sessiz, bazıları ise yalnızca gazdan ibaret. Bir kısmı ölü yıldızlar ve kara deliklerle dolu, sönmekte olan sistemler. Milyarlarca yıl içinde bu parçalar birbirine kütleçekimiyle bağlanıp birleşiyor ve sonunda bugün tanıdığımız sarmal galaksiye dönüşüyor.

Model, binlerce alt sistemi ayrı ayrı izliyor ve her birinin Hubble ya da James Webb Uzay Teleskobu gibi araçlarda nasıl görüneceğini doğrudan hesaplıyor. Katz'a göre ilk kez "kozmik şafak" dönemindeki Samanyolu'nun bu teleskoplara nasıl görüneceği doğrudan öngörülebiliyor. Bu ölçekte bir hesap, güçlü süper bilgisayarlarda bile üç yıl sürdü.

Fiziği koy, evrimleşmesine bak

Evrenin başlangıcına gidip deney yapamadığımız için, galaksilerin nasıl oluştuğunu anlamanın başlıca yolu doğa yasalarına dayanan bilgisayar modelleri. MEGATRON'a kütleçekim, akışkanlar dinamiği, ışınım, kimya ve yıldız süreçleri gibi ilgili sayılan bütün fizik konuldu; ardından sistemin kendi kendine evrilmesine izin verilip bugün gözlediklerimizi yeniden üretip üretmediğine bakıldı.

Simülasyonun en önemli yeniliklerinden biri "dengesiz fizik". Çoğu model, hesabı kolaylaştırmak için gazın kimyasal dengede olduğunu varsayar. Oysa gerçek evrende galaksiler sürekli değişiyor; yıldızlar patlıyor, gaz ısınıp soğuyor. Bunu hesaba katmak simülasyonu çok yavaşlatıyor, ama makalelerden biri bu etkinin özellikle galaksileri çevreleyen gaz ortamında, yani galaksi çevresi ortamda belirgin fark yarattığını gösterdi. MEGATRON ayrıca Büyük Patlama sonrasında tek tek yıldızlardan kimyasal elementlerin nasıl zenginleştiğini kütleçekim, kimya ve ışınım modelleriyle birlikte ele alan ilk çalışma olma özelliği taşıyor.

Yıldızı olmayan "galaksiler"

Sonuçlardan biri şaşırtıcı: Model, içinde hiç yıldız bulunmadığı halde ışık yayan galaksilerin varlığını öngörüyor. Bunların bir kısmı geçmişte yıldız barındırmış, ancak bu yıldızlar süpernova olarak patladığında ya da doğrudan kara deliğe çöktüğünde yıldızsız kalmış olabilir. Bir kısmı ise hiç yıldız oluşturmamış, yalnızca gazdan oluşan sistemler olabilir. Bu tür cisimlerin ışığı yıldızlardan değil, ısınmış ve iyonlaşmış gazdan geliyor.

Demir bilmecesine çözüm

Projenin ikinci dikkat çekici sonucu, yıldız astrofiziğinde uzun süredir açıklanamayan bir gözlemle ilgili. Samanyolu çevresindeki küçük ve sönük cüce galaksilerde genellikle daha az demir bulunur. Ancak çok sönük sistemlerde demir miktarı galaksinin kütlesinden bağımsız olarak sabit bir düzeyde kalıyor ve önceki simülasyonlar bu "demir platosunu" açıklayamıyordu.

MEGATRON'a göre sorumlu, evrenin ilk yıldızları olan Popülasyon III yıldızları. Bu yıldızlar Büyük Patlama'da oluşan hidrojen ve helyumdan doğdu; içlerinde neredeyse hiç ağır element yoktu. Kuramlar bunların Güneş'ten yüzlerce kat ağır olabileceğini ve bazılarının son derece güçlü süpernovalarla patlayıp çevrelerine ilk ağır elementleri saçtığını öngörüyor. Simülasyonda bu patlamalar sıradan süpernovalardan daha fazla demir üretiyor. Galaksi yeterince büyükse bu demiri kütleçekimiyle tutabiliyor; çok küçükse demir uzaya kaçıyor. Sonuçta en küçük galaksilerde kütleden bağımsız, sabit bir demir düzeyi ortaya çıkıyor.

Hiç görülmemiş yıldızlar

Popülasyon III yıldızları kuramsal olarak çok önemli olsa da bugüne kadar hiçbiri doğrudan gözlenemedi. Büyük kütleli olanlar yakıtlarını hızla tüketip milyarlarca yıl önce patladı; bu yüzden ancak çok uzaktaki, yani çok eski galaksilerde izlerine rastlanabilir. James Webb Uzay Teleskobu'nun hedeflerinden biri tam da bu yıldızları bulmak; Ekim 2025'te LAP1-B adlı bir yıldız kümesi olası ilk Popülasyon III adaylarından biri olarak duyurulmuştu.

MEGATRON setindeki bir başka makale, bu yıldızların Samanyolu benzeri bir ortamda nasıl oluşacağını ilk kez gösteriyor ve hayatta kalan varsa nerede aranmaları gerektiğini öngörüyor. Bu, teleskop aramalarını daraltabilir.

Neden önemli ve sırada ne var?

Simülasyonun tahminleri artık James Webb'in erken evrene ait gözlemleriyle doğrudan karşılaştırılabilecek. Webb'in bulduğu uzak galaksilerin tayfları, parlaklıkları ve morötesi renkleri, MEGATRON'un öngördüğü çeşitlilikle sınanabilir. Setteki makalelerden ikisi de yüksek kırmızıya kaymalı galaksilerin tayf çeşitliliğini ve dik morötesi eğimlerinin fiziksel kökenini inceliyor.

Katz'a göre Büyük Patlama'dan hemen sonra yaşanan fizik, bugün yakın evrende gördüklerimizi doğrudan etkiliyor. Modelin doğru üretemediği kısımlar da boşa gitmiyor; eksik parçaları göstererek yeni sorulara kapı açıyor. Proje NASA, Avrupa Araştırma Konseyi ve birçok ulusal bilim kuruluşunun desteğiyle yürütüldü.

Kısaca

• MEGATRON, Samanyolu benzeri bir galaksinin ilk milyarlarca yılını izleyen altı makalelik bir simülasyon seti.
• Genç Samanyolu, birleşerek büyüyen binlerce küçük galaksiden oluşuyor olabilir.
• Model, yıldızı olmadığı halde parlayan galaksiler öngörüyor.
• En sönük cüce galaksilerdeki sabit demir düzeyi, ilk yıldızların patlamalarıyla açıklanıyor.