Sarmal Galaksiler Nasıl Döner? Spiral Galaksilerin Dönüşünü En İyi Şekilde Nasıl Modelleyebiliriz?

Galaksiler, görünüşlerine (yani morfolojik yapılarına) göre üç gruba ayrılmaktadır:

1. sarmal galaksiler,
2. eliptik galaksiler,
3. düzensiz galaksiler.

Sarmal galaksiler (ya da spiral galaksiler), adından da anlaşılacağı üzere, disk bir yapıya sahiptir ve üzerinde sarmal kollar yer alır. Bu kolların sayısı değişebileceği gibi kollar arasındaki mesafeler de galaksiden galaksiye farklılık gösterebilir. Galaksimiz Samanyolu ve bize giderek yaklaşmakta olan Andromeda Galaksisinin her ikisi de sarmal galaksidir.

ESA/Hubble

Sarmal Galaksilerin Dönüşü Nasıl Modellenebilir?

Sarmal galaksiler kendilerine özgü bir dönüş hareketine sahiptir. Bu hareketi biraz anladığınızda, sarmal kolların orada bulunuyor olması ilk bakışta problemli görünür. Öncelikle, olası dönüş hareketlerini inceleyelim.

Katı Dönüş Modeli

İlk akla gelen, katı bir cisim gibi dönüş dediğimiz dönüştür. Böyle bir dönüşte galaksi bir bütün olarak döndüğünden, görüntüsü hiç değişmez. Sadece belirli bir açıyla çevirmiş gibi olursunuz. Aşağıdaki animasyonda katı cisim gibi dönme yapan bir galaksi modeli görünmektedir (galaksiler gerçekte böyle bir dönüşe sahip değildir):

Diferansiyel Dönme

Gerçekte olan dönme ise, diferansiyel dönme dediğimiz dönmedir. Böyle bir dönmede galaksinin merkez bölgeleri, dış bölgelerine göre daha hızlı döner. Eğer üzerinde biraz düşünecek olursanız, böyle bir dönüş hareketiyle sarmal kolların olmaması gerektiği sonucuna varmanız gerekir. Çünkü iç bölgeler, dış bölgelere tur bindirir ve sarmal kollar zamanla birbirine dolanır. Bu duruma dolaşma problemi denir. Aşağıdaki animasyonda diferansiyel dönme yapan bir galaksi modeli görünmektedir (galaksiler gerçekte böyle döner, fakat kollar bu şekilde birbirine dolaşmaz):

Yoğunluk-Dalga Modeli

Aslında dönüş ilk modeldeki gibi olsaydı, yani katı bir cisim gibi dönseydi, sarmal kolları görmemiz gayet akla yatkın olacaktı. Fakat galaksilerin dönüşlerini incelediğimizde, diferansiyel bir dönme yaptıklarını görüyoruz. Buna rağmen sarmal kollara sahip olduklarına göre, sarmal kolların orada kalmasını sağlayan bir mekanizma olmalıdır. Bu durumu açıklayan teorilerden biri, yoğunluk-dalga teorisidir.

Yoğunluk-dalga teorisi, trafikteki bir sıkışmayla açıklanabilir. Aracınızla yolda ilerlediğinizi fakat yolda bir çalışma olduğunu ve tek şeride düştüğünü düşünün. Bu durumda diğer şerittekiler, tek şeride geçeceğinden bir tür sıkışma meydana gelir ve trafik ilerlemez. Trafik birden yoğunlaşır ve bu bir hat boyunca yayılır. Yoğunluk-dalga teorisinde de gerçekleşen durum buna benzerdir. Bir tür tedirginlik sonucunda, yoğunlukta bir artış meydana gelir ve bu dalga galaksi boyunca yayılır. Söz konusu durum yoğunlaşma olduğundan, sarmal kollar boyunca yeni yıldız oluşum bölgeleri de doğmuş olur. Böylelikle genç yıldızların yaydığı parlak ışık, sarmal kolun aydınlanarak ön plana çıkmasına neden olur.

Burada dikkat etmeniz gereken, buradaki sarmal yapının bir materyal gibi düşünülmemesi gerektiğidir. Bu sadece bir yoğunluk dalgalanmasıdır ve galaksi içerisinde dönmekte olan yıldızlar, gezegenler ve diğer cisimler bu yoğunluk dalgasının, yani sarmal kolun içerisinden geçip gidebilirler. Aşağıdaki animasyonda böyle bir galaksinin dönüşü gösterilmektedir.

Bu teori ile ilgili zayıflık, böylesi bir yoğunluk dalgasının kökeninin çok iyi açıklanamaması ve yoğunluk dalgasının ömrünün birkaç yüz milyon yıl mertebesinde olmasıdır. Yani dalganın oluşuma sebep olacak tedirginlik, bir şekilde sürekliliğini sağlamalıdır. Çünkü her dalga gibi bu dalgalar da en nihayetinde galaksiyi terk ederler.

Özetle, spiral (sarmal) galaksiler kollarıyla birlikte katı bir cisim gibi dönmemekte, yukarıda gösterildiği gibi bir diferansiyel dönme hareketi yapmaktadırlar. Bu durumda kolların varlığını zaman içerisinde sürdürebilmeleri için ortaya atılan modeller, aslında kollarda sürekli aynı yıldız ve diğer gök cisimlerinin bulunmadığını, zamanla bu kol yapılarından geçip gittiklerini ortaya koymaktadır.