Süper kütleli kara delikler en küçük galaksileri demirleyebilir mi?

32 milyon ışık yılı uzaklıkta bulunan yakındaki spiral Galaxy NGC 628’in bu kompozit JWST (sol üstte) ve hubble (sağ alt) görüntüsü, spiral kolları ve içlerindeki mevcut yıldız oluşturan bölgeleri izleyen gaz ve toz ağını sergiliyor. Büyük, yüksek kütleli spiral galaksiler için, kozmik ortalama ile tutarlı bir karanlık madde-normal madde oranı bulmak çok yaygındır: 5 ila 1. Bununla birlikte, aşırı ortamlarda ve düşük kütle galaksileri için, hem karanlık maddede aşırı ve eksik galaksiler üretme açısından oranlar aşırı olabilir.

Galaksiler, içindeki yıldızlarını incelediğimizde, yıldızlarının bulunduğu yere bağlı olarak ultra diffuse’dan ultra kompakt’a kadar uzanır. Bazı ultra difüze galaksileri karanlık madde bakımından zengin ve diğerleri karanlık madde fakir gibi görünse de, genel eğilim, daha düşük kütle ile galaksilerin karanlık maddenin gittikçe daha ciddi bir şekilde baskın hale gelmesidir, daha düşük yıldız kütlesi ile toplam kütle oranı.

Büyük miktarda yıldız oluşumu patlamaları geçiren galaksiler büyük miktarlarda maddeyi büyük hızlarda sınırlar. Ayrıca, hidrojen emisyonları sayesinde tüm galaksiyi kaplayan kırmızı parlıyorlar. Bu özel galaksi olan M82, puro galaksisi, komşusu M81 ile yerçekimsel olarak etkileşime girerek bu faaliyet patlamasına neden oluyor. Rüzgarlar ve ejekta bol olmasına rağmen, bu galaksinin yüksek genel kütlesi normal maddesinin çoğunu korumasına izin verecektir. Daha küçük kitle galaksileri o kadar şanslı değil.

Nube lakaplı bu “neredeyse karanlık” galaksi, diğer birçok galaksinin bir grupunda bulunan inanılmaz derecede yaygın bir galaksidir. Büyük bir nötr hidrojen kütlesinin içinde sadece küçük bir yıldız dağılmasına sahip olan bu ultra difüze galaksinin, çevresel faktörler nedeniyle özelliklerini borçlu olduğu düşünülmektedir. Çok fazla hidrojen ve çok az yıldızla, geleneksel olarak bilinen gökadalar arasında büyüleyici bir aykırıdır. Geçmiş yıldız oluşum tarihi, en son büyük yıldız oluşum bölümünden bu yana geçen milyarlarca yıl boyunca büyük ölçüde silindi.

Yerel grubun tüm galaksileri de dahil olmak üzere yakındaki birçok galaksiler (çoğunlukla aşırı solda kümelenmiş), kütle ve hız dağılımı arasında karanlık maddenin varlığını gösteren bir ilişki sergiler. NGC 1052-DF2, sadece normal maddeden yapılmış gibi görünen ve daha sonra 2019’da DF4 ile birleştirilen ilk bilinen galaksidir. Ancak Segue 1 gibi galaksiler özellikle karanlık madde bakımından zengindir; Çok çeşitli özellikler vardır ve karanlık madde içermeyen galaksiler sadece tam olarak anlaşılamamıştır ve birçoğu doğalarını sorgular.

Gördüğümüz kozmik ağ, tüm evrendeki en büyük ölçekli yapı, karanlık madde hakimdir. Evrenin büyük ölçekli yapısının simülasyonları, görünür yapıların ortaya çıkışını tahmin etmek için hepsine ihtiyaç duyulduğundan, yıldız oluşumu, geri bildirim ve gaz kanalının etkileri de dahil olmak üzere hem karanlık maddeyi hem de normal maddeyi içermelidir. Bu etkiler nedeniyle en düşük yıldız kütle galaksileri, hayatta kalan normal maddelerine göre en büyük miktarda karanlık maddeye sahiptir.

Bir alandaki hangi yıldızların birbirinden aynı mesafede olduğunu belirleyerek, bilim adamları Samanyolu’nun yıldız açısından zengin zeminine karşı bile “gizli” düşük toplu galaksiler bulabilirler. Bu gökadalarda, bilim adamları daha sonra aynı yaş ve metalikliklerle aynı anda oluşan tek bir yıldız popülasyonu olup olmadığını veya içinde birden fazla yıldız popülasyonunun olup olmadığını belirleyebilirler.

Bu şekil, birçok farklı simülasyonun sonuçlarını, Segue 1’in gözlemlenebilir imzasını ne kadar iyi veya ne kadar kötü bir şekilde ürettiklerini ve eşleştirdiklerini göstermektedir. Ön-sağ şekildeki yoğun “J” şekilli eğri, hepsi birkaç yüz bin güneş kütlesinin süper kütleli kara deliklerine sahip en uygun simülasyon setini temsil eder.

Modellere ve simülasyonlara göre, tüm gökadalar, yoğunlukları galaktik merkezlerde zirve yapan karanlık madde halolarına gömülmelidir. Bununla birlikte, bu galaktik merkezlerde bulunan yıldızların hareketlerini en iyi şekilde açıklamak için genellikle süper kütleli bir kara delik gereklidir. ~ 1000 ila 100.000 güneş kütlesi olan ara kütle kara delikleri şimdiye kadar nadir olsa da, bu nesneler mevcuttur ve düşük kütleli galaksiler ve/veya küresel kümelerde bulunabilir.

Evrensel bir profile (turuncu) uyaran karanlık madde parçacıklarının, altı ultra yüzeyli cüce galaksilerin (mavi) gözlemlerinden çıkarıldığı gibi karanlık maddenin (veya genel kütle) dağılımına karşı simüle edilmiş dağılımı. Gözlenen şeyin en saf teorik tahminle tutarsız olduğunu unutmayın. Galaxy Segue 1 için, sadece 100 parsec (~ 330 ışık yılı) gibi görülmemiş derecede düşük değere sahip bir ciro yarıçapı gereklidir.

Bu görüntü, şimdiye kadar JWST tarafından uzak evrende keşfedilen “Küçük Kırmızı Dot” galaksilerinin 15’ini göstermektedir. En geniş küçük kırmızı noktalar, merkezi kara deliklerinin kütleleri için düşük yıldız kütleleri olan aktif süper kütleli kara delikler hakimdir. Samanyolu içindeki düşük kütleli galaksilerin eski küçük kırmızı nokta galaksilerinin kalıntıları kalıntıları olması mümkündür.