Yoğun galaksi grubunda soğuk gaz yarıdan fazla azalmış: COSMOS-Gr30 gözlemi

Astronomy & Astrophysics dergisinde yayımlanan ve 10 Kasım'da duyurulan bir çalışma, yoğun bir galaksi grubunun üyelerinin yıldız yapımının yakıtı olan soğuk gazını büyük ölçüde yitirmiş olabileceğini gösteriyor. Strasbourg Üniversitesi Astronomi Gözlemevi'nden Jonathan Freundlich'in yönettiği uluslararası ekip, yaklaşık 7 milyar ışık yılı uzaktaki COSMOS-Gr30 grubunu inceledi. Makaleye göre gruptaki galaksiler, tipik yıldız oluşturan galaksilerde beklenen moleküler gazın ortalama yalnızca yüzde 20 ila 40'ını taşıyor.

Moleküler gaz, karbon monoksit (CO) gibi moleküllerin ışımasıyla izlenen soğuk ve yoğun gazdır; yıldızlar bu gazdan doğar. Yani bir galaksinin bu gazı ne kadar elinde tuttuğu, yeni yıldız yapıp yapamayacağını belirler.

Yıldız doğumu neden yavaşladı?

Evrendeki yıldız oluşum hızı yaklaşık 10 milyar yıl önce zirve yaptı, ardından keskin biçimde düştü. Araştırmacılar bu düşüşü tek bir nedene bağlamıyor: yıldız rüzgârları ve kara delikler gazı dışarı atabiliyor ya da ısıtabiliyor, taze gaz beslemesi kuruyabiliyor, galaksinin iç yapısı değişebiliyor ya da çevre devreye girebiliyor. Galaksilerin çoğu gruplarda yaşadığı için çevrenin payı özellikle önemli. Yakın geçişlerde galaksileri bozan ve gazlarını dengesizleştiren gelgit kuvvetleri ile galaksilerin gazını sıyıran, dışarıdan gelen beslemeyi de kesen galaksiler arası sıcak gaz etkileşimi bu etkiler arasında sayılıyor.

Buna rağmen moleküler gaz ölçümleri galaksi gruplarında hâlâ nadir. Makalenin girişinde belirtildiğine göre bu tür ölçümler şimdiye dek daha çok kümeler, kümelerin ve grupların en parlak galaksileri üzerinde yoğunlaşmıştı.

Nasıl bir grup, nasıl bir gözlem?

COSMOS-Gr30, yıldız oluşumunun zirvesi ile bugün arasındaki ara bir döneme ait. En az 44 galaksiyle olağanüstü yoğun bir grup ve birkaç kozmik ağ filamanının kesiştiği yerde duruyor. ESO'nun Çok Büyük Teleskobu'ndaki (VLT) MUSE cihazıyla daha önce yapılan gözlemler, galaksilerin arasında devasa bir iyonlaşmış gaz yapısı ortaya çıkarmıştı. Epinat ve arkadaşlarının 2018'de yayımladığı çalışmaya göre bu yapı yaklaşık 10 bin kpc² alana yayılıyor ve kütlesi yaklaşık 50 milyar Güneş kütlesi düzeyinde; hata payı ise büyük. Grubun sekiz galaksisi bu gazın içinde gömülü.

Freundlich'in ekibi, Fransa'nın Hautes-Alpes bölgesindeki NOEMA enterferometresini ve İspanya'da Granada yakınındaki IRAM 30 metrelik teleskobu kullanarak bu galaksilerdeki CO(2-1) ışımasını aradı. Makaleye göre NOEMA gözlemleri 2020'nin ilk aylarında, toplam 12,2 saatlik gözlem süresiyle; 30 metrelik teleskop gözlemleri ise toplam 9,5 saatle yapıldı.

Bulgular

Ekip dört galakside CO ışımasını güvenle (sinyal/gürültü oranı beşin üzerinde) saptadı; geri kalan üyeler için yalnızca üst sınır elde edilebildi. Üst üste bindirilerek ölçülen ortalama değer, grup galaksilerinin moleküler gaz içeriğinin saha galaksilerine ait ölçeklendirme bağıntılarına göre yaklaşık 0,5 dex, yani kabaca üçte bir düzeyinde düşük olduğunu gösterdi. Bu da tipik yıldız oluşturan galaksilerdeki gaz oranının yüzde 20-40'ına karşılık geliyor. Çalışmanın duyurusu bunu "yarıdan fazla azalmış gaz rezervi" olarak özetliyor.

Yine de makale temkinli. Yazarlar belirsizliklerin büyük olduğunu, kısmen yıldız oluşum hızı tahminlerinden kaynaklandığını belirtiyor. Gruptaki üç galaksi tek tek bakıldığında beklenen saçılmanın içinde kalıyor; düşüş ancak ortalamada belirginleşiyor. Tüm galaksiler için yığılmış gaz kütlesi beklenenin 0,20 katı çıktı; gazın beklenenden düşük olma olasılığı ise örnek seçimine göre yüzde 83 ile 92 arasında hesaplandı. Yani sonuç güçlü bir ipucu, ama kesin hüküm değil. Gazın tükenme süresi ise tipik galaksilerle uyumlu çıkmış.

Gaz nereye gitti?

Makalenin yorumuna göre tükenmenin olası nedenleri gelgit etkileşimleri, galaksilerin gazının sıyrılması ve gaz beslemesinin kesilmesi. Galaksilerden atılan gazın bir kısmı, MUSE'nin gördüğü dağınık ve ilkel olmayan gaz yapısını oluşturuyor olabilir. 30 metrelik teleskop bu yapıda soğuk gaz sinyali göremedi; ancak bu bir üst sınır verdi: yapıdaki moleküler gaz 20 milyar Güneş kütlesinin altında, yani yapının tahmini toplam gazının üçte birinden azı. Demek ki galaksilerden sökülen gazın büyük bölümü yıldız oluşturmaya elverişli soğuk evrede değil.

Sırada ne var?

Yazarlar, grup bazında farkları ölçebilmek için daha geniş bir grup örneğine ihtiyaç olduğunu vurguluyor. Daha derin NOEMA ve IRAM gözlemleri, ALMA gözlemleri ve daha isabetli yıldız oluşum hızı ölçümleri hem belirsizliği küçültecek hem de MUSE'nin gösterdiği gazın soğuk karşılığını arayabilecek. Bu tek grup, evrenin orta çağında çevrenin galaksilerin gazını nasıl süpürdüğünü yakalayan nadir bir örnek.