Galaksi Kümelerini Sayılara (ve Fiziğe) Göre Boyama

Galaksi kümeleri, evrendeki yerçekimi tarafından bir arada tutulan en büyük nesnelerdir; birkaç bine kadar bireysel galaksiyi ve aşırı ısınmış, X-ışını yayan gazın devasa rezervlerini içerir. Bu sıcak gazın kütlesi tipik olarak galaksi kümelerindeki tüm galaksilerin toplam kütlesinden yaklaşık beş kat daha fazladır. Bu görünür bileşenlere ek olarak galaksi kümelerinin kütlesinin %80'i karanlık madde tarafından sağlanmaktadır. Bu kozmik devler yalnızca içlerindeki galaksilerin, yıldızların ve kara deliklerin değil, aynı zamanda evrenin evriminin ve büyümesinin de öncüleridir.

NASA'nın Chandra X-ışını Gözlemevi'nin görev süresi boyunca birçok galaksi kümesini gözlemlemiş olması şaşırtıcı değil. Chandra'nın X-ışını görüşü, sıcaklığı 100 milyon dereceye kadar çıkan devasa sıcak küme gazı yığınlarını mükemmel bir netlikle görmesine olanak tanıyor. Bu yanan gaz, galaksi kümelerindeki geçmiş ve şimdiki faaliyetler hakkında hikayeler anlatıyor.

Bu galaksi kümelerinin birçoğunun merkezlerinde periyodik olarak güçlü patlamalarla patlayan süper kütleli kara delikler bulunuyor. Bu patlamalar, radyo dalga boylarında görülebilen, enerjik parçacıklarla dolu kabarcıkları şişiren jetler üretir; bu kabarcıklar enerjiyi çevredeki gaza taşır. Chandra'nın görüntüleri, bu kara delik patlamaları sırasında oluşan kancalar, halkalar, yaylar ve kanatlar da dahil olmak üzere çok sayıda başka yapıyı ortaya çıkardı. Ancak görünüş tek başına bize bu yapıların ne olduğunu veya nasıl oluştuğunu söylemez.

Bu sorunun üstesinden gelmek için bir gökbilimci ekibi, X-ışını verilerini analiz etmek için yeni bir görüntü işleme tekniği geliştirdi; bu teknik, gökada kümelerinin gazındaki özellikleri daha önce hiç olmadığı gibi tanımlamalarına ve bunları yalnızca görünümlerine göre değil doğalarına göre sınıflandırmalarına olanak tanıdı. "X-aritmetiği" adını verdikleri bu teknikten önce bilim insanları, farklı dalga boylarında dağılan X-ışını enerjisi miktarlarını inceleyerek, yalnızca bazı özelliklerin doğasını ve çok daha az verimli bir şekilde tanımlayabiliyorlardı. Yazarlar X-aritmetiğini 15 gökada kümesine ve gökada grubuna uyguladılar (bunlar gökada kümelerine benzer ancak daha az sayıda gökada üyesi var). X-aritmetik tekniğinin sonuçlarını bilgisayar simülasyonlarıyla karşılaştıran araştırmacılar artık evrenin bu önemli devlerinin içindeki fiziksel süreçleri anlamaya yardımcı olacak yeni bir araca sahipler.

Yeni bir makale, bu yapıların X-ışını spektrumunun farklı kısımlarında nasıl göründüğüne bakıyor. Araştırmacılar, Chandra verilerini düşük enerjili ve yüksek enerjili X ışınlarına bölerek ve her ikisindeki her yapının gücünü karşılaştırarak bunları farklı şekilde renklendirdikleri üç farklı türde sınıflandırabilirler. Ses hızına yakın hızda ilerleyen basınç bozukluklarından kaynaklanan ve sıcak gazı ince tabakalar halinde sıkıştıran ses dalgalarına ve zayıf şok cephelerine pembe renk verilir. Jetlerle şişirilen kabarcıklar sarı renkte, soğuyan veya daha yavaş hareket eden gaz ise mavi renktedir. Her bir yapının doğasını yansıtacak şekilde "boyanmış" ortaya çıkan görüntüler, yalnızca X-ışını görüntüleme verilerini kullanarak kara delik faaliyetinin karmaşık sonuçlarını yorumlamanın yeni bir yolunu sunuyor. Bu yöntem yalnızca Chandra (ve diğer X-ışını) gözlemleri üzerinde değil, aynı zamanda galaksi kümelerinin simülasyonları üzerinde de çalışarak veriler ve teori arasında köprü kuracak bir araç sağlar.

Bu yeni koleksiyondaki görüntüler, örnekteki beş gökada kümesinin merkezi bölgelerini göstermektedir: üst sırada MS 0735+7421, Kahraman Kümesi ve Başak Kümesi'ndeki M87 ve alt sırada Abell 2052 ve Kuğu A. Bu nesnelerin tümü daha önce Chandra Röntgen Merkezi tarafından kamuoyunun bilgisine sunuldu, ancak bu özel teknik ilk kez uygulanıyor. Yeni tedavi, çalışmadaki gökada kümeleri ve gökada grupları arasındaki önemli farklılıkları vurgulamaktadır.

Çalışmadaki gökada kümeleri genellikle merkezlerinin yakınında geniş soğuyan veya yavaş hareket eden gaz bölgelerine sahiptir ve yalnızca bazılarında şok cephelerine ilişkin kanıtlar bulunmaktadır. Galaksi grupları ise farklıdır. Galaksi kümeleri örneğiyle karşılaştırıldığında, merkez bölgelerinde çok sayıda şok cephesi ve daha az miktarda soğuma ve yavaş hareket eden gaz gösterirler.

Galaksi kümeleri ve galaksi grupları arasındaki bu karşıtlık, kara delik geri bildiriminin (yani bir kara delikten gelen patlamalar ile çevresi arasındaki birbirine bağlı ilişkinin) galaksi gruplarında daha güçlü göründüğünü gösteriyor. Bunun nedeni gruplarda geri bildirimin kümelere göre daha şiddetli olması veya bir galaksi grubunun yapıyı bir arada tutan yerçekiminin galaksi kümesine göre daha zayıf olması olabilir. Bu nedenle, aynı güç seviyesine sahip bir kara delikten gelen aynı patlama, bir galaksi grubunu, bir galaksi kümesinden daha kolay etkileyebilir.

Bu kara delik patlamaları hakkında hâlâ pek çok cevaplanmamış soru var. Örneğin bilim insanları etraflarındaki gaza ne kadar enerji harcadıklarını ve bunların ne sıklıkta meydana geldiğini bilmek isterler. Bu şiddetli olaylar, sıcak gazın soğumasının düzenlenmesinde ve kümelerdeki yıldız oluşumunun kontrol edilmesinde önemli bir rol oynamaktadır. X-aritmetik tekniği, geride bıraktıkları yapıların altında yatan fiziği açığa çıkararak kara deliklerin en büyük ölçeklerdeki etkisini anlamaya bizi bir adım daha yaklaştırıyor.

Bu yeni tekniği ve sonuçlarını anlatan bir makale Astrophysical Journal'da yayınlandı ve Chicago Üniversitesi'nden Hannah McCall tarafından yönetiliyor. Diğer yazarlar Irina Zhuravleva (Chicago Üniversitesi), Eugene Churazov (Max Planck Astrofizik Enstitüsü, Almanya), Congyao Zhang (Chicago Üniversitesi), Bill Forman ve Christine Jones (Astrofizik Merkezi | Harvard & Smithsonian) ve Yuan Li (Amherst'teki Massachusetts Üniversitesi).

NASA'nın Huntsville, Alabama'daki Marshall Uzay Uçuş Merkezi Chandra programını yönetiyor. Smithsonian Astrofizik Gözlemevi'nin Chandra X-ışını Merkezi, Cambridge, Massachusetts'teki bilim operasyonlarını ve Burlington, Massachusetts'teki uçuş operasyonlarını kontrol ediyor.

Chandra hakkında daha fazla bilgi edinmek için şu adresi ziyaret edin:

https://science.nasa.gov/chandra

NASA'nın Chandra X-ışını Gözlemevi'nden daha fazlasını okuyun

Chandra X-ışını Gözlemevi ve misyonu hakkında daha fazla bilgiyi burada bulabilirsiniz:

https://www.nasa.gov/chandra

https://chandra.si.edu

Megan Watzke
Chandra Röntgen Merkezi
Cambridge, Mass.
617-496-7998
[email protected]

Corinne Beckinger
Marshall Uzay Uçuş Merkezi, Huntsville, Alabama
256-544-0034
[email protected]