Galaksi

Galaksi veya gök ada, kütle çekimi kuvvetiyle birbirine bağlı yıldızlar, yıldızlararası gaz, toz ve plazmanın meydana getirdiği yıldızlararası madde ve şimdilik pek anlaşılamamış karanlık maddeden oluşan maddesel bir sistemdir. Tipik galaksiler 10 milyon (cüce galaksi) ile bir trilyon (dev galaksi) arasındaki miktarlarda yıldız içerirler ve bir galaksinin içerdiği yıldızların hepsi o galaksinin kütle merkezini eksen alan yörüngelerde döner. Galaksiler uzayda tek yönlü hareket ederler, galaksilerin yörüngeleri yoktur. Galaksiler çeşitli çoklu yıldız sistemlerini, yıldız kümelerini ve çeşitli nebulaları da içerebilirler. Çevresinde gezegenler ve asteroitler gibi çeşitli kozmik cisimler dönen Güneş, Samanyolu Galaksisi'ndeki yıldızlardan yalnızca biridir.
Tarihsel olarak galaksiler gözle görülen şekillerine göre sınıflanmışlardır. Bu sınıflamada sık karşılaşılan biçimlerden biri, ışık profili elips şekilli olan eliptik galaksidir.
Sarmal galaksiler, tozlu ve kıvrımlı kolları olan disk şekilli yapılardır.
Düzensiz ya da olağan dışı biçimli galaksiler ise "tuhaf galaksiler" olarak bilinir ve tipik olarak, komşu galaksilerin kütle çekimine bağlı biçim bozulmasıyla oluşurlar.
Birbirlerine yakın galaksilerin arasındaki bu tür etkileşimlerle söz konusu galaksiler birleşebileceği gibi, yıldız oluşumu olaylarında "patlama" diye adlandırılabilecek ölçüde fazla artışların tetiklenmesiyle yıldız patlama galaksileri (İng., starburst galaxy) de gelişebilir.
Ayrıca, düzenli bir yapıya sahip olmayan küçük galaksilerden de düzensiz galaksiler olarak bahsedilebilir.
Gözlemlenebilir Evren'de 100 milyardan (1011) fazla galaksi olduğu sanılmaktadır. Galaksilerin çoğu 1.000 ile 100.000 parsek arasındaki bir yarıçapa sahip olup, genellikle birbirlerinden milyonlarca parsek uzaklıklarda bulunurlar. Galaksiler arası uzay ortalama yoğunluğu başına bir atom bile düşmeyecek derecede az olan bir gazla doludur. Galaksilerin çoğu, kütle çekimi etkisi sayesinde birbirlerine bağlı kümeler adı verilen topluluklar oluştururlar; onlar da yine kütle çekimi etkisi sayesinde birbirlerine bağlı süperkümeleri oluştururlar. Bu daha büyük yapılar da, evrende büyük boşlukları çevreleyen tabakalar ve ipliksi yapılar olarak oluşmuştur..
Karanlık madde henüz çok iyi bir şekilde anlaşılamamış olmakla birlikte, öyle görünüyor ki, galaksilerin çoğunun kütlesinin yaklaşık % 90ını karanlık madde oluşturmaktadır
Gözlem verileri bazı galaksi merkezlerinde dev kara deliklerin mevcut olabileceğini ortaya koymaktadır. Anlaşıldığına göre, Samanyolu galaksimiz de çekirdek kısmında böyle bir kara delik içermektedir.
Köken bilimi
Galaksi adının kökeni eski Yunancadaki, bizim galaksimizi belirtmek üzere kullanılan sütlü, süt gibi, sütsü anlamlarına gelen galaxias (γαλαξίας) sözcüğü ya da "süt dairesi" anlamındaki kyklos galaktikos (κύκλος γαλακτίκος) terimidir. Bu terim ve dolayısıyla Batı kültüründe Samanyolu için kullanılan Milky Way ("Süt Yolu") terimi eski Yunan mitolojisindeki bir mitosdan kaynaklanır: Bir gece, Zeus ölümlü bir kadından yaptığı oğlu Herakles'i, fark ettirmeden uykuya dalmış olan Hera'nın göğsüne koyar. Bebek Heracles, Hera'nın memelerinden akan sütü içecek ve böylece ölümsüz olacaktır. Fakat Hera gece uyanıp tanımadığı bir bebeği emzirdiğini fark edince onu fırlatıp atar ve boşalan memesinden çıkan süt de gece gökyüzüne fışkırıp akar. Hikayeye göre, işte geceleyin gökte sönük bir ışıkla pırıldar halde gördüğümüz Süt Yolu (Türkçede Samanyolu) denilen kuşak böyle oluşmuştur.
Astronomik literatürde galaksi sözcüğü, tek başınayken baş harfi büyük yazıldığında bizim galaksimiz olan Samanyolunu ifade eder. Uranüsü keşfeden William Herschel (1738-1822) astronominin bugünkü düzeyde olmadığı yıllarda derin (uzak) gök cisimleri kataloğunu hazırladığında M31 (Andromeda Galaksisi) gibi gök cisimlerini adlandırmak üzere spiral nebula adını kullanmıştı. Bu gök cisimleri daha sonraki dönemlerde gerçek uzaklıkları anlaşılmaya başlandığında "devasa yıldız yığınları" olarak tanımlandı ve bu kez Ada evren olarak adlandırıldı. Zamanla yerini günümüzde kullandığımız galaksi terimine bıraktı.
Gözlem tarihçesi
Samanyolu
Galaksimizin diğer galaksiler gibi dışarıdan görünüşü, içinde bulunduğumuz için, elde edilememektedir. Gökyüzünde çıplak gözle gördüğümüz, Samanyolu adını verdiğimiz ışıklı bölge ise aslında yalnızca galaksimizin kollarından biridir.
Antik çağda Grek filozofu Democritus (450370 M. Ö.) gece gökyüzünde görünen Süt Yolu denilen ışıklı bölgenin uzak yıldızlardan oluşuyor olabileceğine dikkat çekmişti. Aristonun (384-322 M. Ö.) düşüncesine göreyse, Süt Yolu büyük, birbirine bağlı çok sayıdaki yıldızın alevlenmesinden kaynaklanmaktaydı ve bu alevler Dünya atmosferinin üst kısmında yer almaktaydı.
Arap astronom İbn-i Heysem (965-1037) Samanyolunun ıraklık açısını gözlemleme ve ölçme girişiminde bulundu; Süt Yolunun ıraklık açısı yoktu, bunun üzerine bu, Dünyadan uzaktadır, atmosfere ait değildir diyerek Aristonun görüşüne karşı çıktı.
İranlı astronom Biruni (973-1048) Samanyolu Galaksisinin sayısız bulutsu yıldızlar yığını olabileceği görüşünü ortaya attı. İbn Bacce ise Samanyolunun pek çok yıldızdan oluştuğunu ve gözümüze sürekli bu şekilde görünmesinin Dünya atmosferindeki kırılımdan kaynaklanıyor olabileceğini ileri sürdü. İbn Kayyim El-Cevziyye (1292-1350) Samanyolu Galaksisinın sabit yıldızlar feleğinde bir araya gelmiş çok sayıdaki küçük yıldızlardan oluştuğunu ve bu yıldızların gezegenlerden daha büyük olduklarını ileri sürdü.
Samanyolu Galaksisinin birçok yıldızdan oluşmasının ilk kanıtı Galileo Galileiden geldi. 1610 yılında Samanyolu Galaksisini bir teleskopla inceleyen Galileo Galilei bunun çok sayıdaki yıldızın bir araya gelmesinden oluştuğunu fark etti. 1750de İngiliz astronom ve matematikçi Thomas Wright Evrenin orijinal bir teorisi ya da yeni hipotezi adlı eserinde galaksinin Güneş Sistemine benzer tarzda, fakat daha büyük ölçekte, kütleçekim gücüyle birbirlerine bağlı çok sayıdaki dönen yıldızlardan oluşmuş bir kitle olduğu görüşünü iddia etti (ve haklıydı). Bu düşünceye göre, söz konusu yıldızların oluşturduğu ve bizim de içinde bulunduğumuz bu disk, bizim gökyüzüne bakışımız açısından, bize gökyüzünde Süt Yolu olarak görünüyor olabilirdi.
Immanuel Kant 1755'deki bilimsel incelemesinde Thomas Wright'ın düşünce ve çalışmalarını biraz daha ayrıntılandırdı. Galaksimizin de Güneş Sistemimize benzer biçimde, kütleçekim ile bir arada tutulan ve dönen bir yıldız kümesi olduğunu ifade etti. Kant ayrıca o dönemde gözlemlenebilen birkaç bulutsunun da ayrı galaksiler olabilecekleri varsayımında bulundu. Samanyolu Galaksisinin biçimi ve Güneşin galaksi içindeki konumu hakkındaki ilk girişim 1785te gökyüzünün farklı bölgelerindeki yıldızları özenle sayan William Herscheldan geldi. Herschel, Güneş Sistemini merkeze yakın bir yere koyarak galaksinin biçimini gösteren bir diyagram hazırladı.
Jacobus Kapteyn, hassas bir yaklaşım sergileyerek, 1920deki çiziminde Güneşin merkeze yakın bulunduğu elips biçimli küçük bir galaksi tasarladı. Farklı bir yöntem uygulayan Harlow Shapley ise küresel kümeler kataloğu çalışmasında kendinden öncekilerden tümüyle farklı olarak, galaksimizi Güneşin merkezden uzak olduğu yaklaşık 70 kiloparsek yarıçapındaki yassı bir disk biçiminde tasarladı. Her iki hatalı çalışma da galaktik düzlemde yıldızlararası toz vasıtasıyla ışığın soğurulmasını hesaba katmamıştı. Bu ancak Robert Julius Trumplerın 1930da açık yıldız kümeleri üzerinde çalışırken bu etkiyi ölçmesinden sonra hesaba katılmaya başlandı ve günümüzdeki galaksi görünümü kuramlarına ulaşıldı.
Samanyolu Galaksisi'nin diğer bulutsulardan ayırt edilmesi
10. yy. da İranlı astronom Abdurrahman el-Sufi (El Sufi adıyla da tanınan Azophi) Andromeda Galaksisinın ilk kayıtlı gözlemini yaptı ve onu küçük bulut olarak tarif etti. El Sufi aynı zamanda Yemenden görünür olan ve Macellanın 16. yy. daki yolculuğuna kadar Avrupalılar tarafından görülmemiş Büyük Macellan Bulutunu da tanımladı. Bunlar Samanyolu Galaksisi haricinde yeryüzünden gözlemlenen ilk galaksilerdi. El Sufi buluşlarını 964 yılında Sabit Yıldızlar adlı kitabında duyurdu.
1054te SN 1054 süpernovasının patlamasıyla Yengeç Bulutsusunun oluşması Çin, Arap ve İranlı astronomlarca gözlemlendi. Bu bulutsu yüzyıllar sonra, Batı'da önce John Bevis (1731) tarafından daha sonra Charles Messier (1758) ve ardından Lord Rosse (1840lar) tarafından gözlemlendi.
1750de Thomas Wright Orijinal bir Teori ya da Evrenin Yeni Hipotezi (An original theory or new hypothesis of the universe) adlı eserinde Samanyolu Galaksisinın yıldızlardan oluşan basık bir disk olduğunu ve gece gökyüzünde görünen bazı bulutsuların Samanyolu Galaksisinden ayrı olabilecekleri düşüncesini ifade etti ki, bu düşüncesinde haklı olduğu zamanla anlaşılacaktı. 1755te Immanuel Kant Samanyolu Galaksisindan ayrı olan bu bulutsular için Ada evren terimini ortaya attı.
18. yy. sonuna doğru Charles Messier en parlak 109 bulutsuyu içeren bir katalog derledi. Bunu William Herschel tarafından 5000 bulutsunun derlendiği geniş bir katalog çalışması izledi. 1845te Lord Rosse eliptik bulutsular ile spiral bulutsular arasında ayrım yapabilmesini sağlayan yeni bir teleskop yaptı.
1917de Heber Curtis Andromeda Galaksisi'ndeki (Messier cisimlerinden M31) S Andromedae adlı novayı gözlemledi, fotoğraf kayıtlarını araştırarak 11 nova daha buldu. Ayrıca bu novaların ortalama olarak bizim galaksimizdekilerden 10 kat daha soluk olduğunu saptadı. Buradan yola çıkarak da 150.000 parsek mesafede olduğu tahmininde bulundu ve spiral bulutsuların bağımsız birer galaksi olduklarını varsayan "ada evrenler" hipotezini destekledi.
1920'de esas olarak Harlow Shapley ile Heber Curtis arasında geçen, Samanyolu ve spiral bulutsuların doğasının yanı sıra evrenin boyutu hakkındaki "Büyük Tartışma" o döneme damgasını bırakmıştı. Konu ancak yeni bir teleskop kullanan Edwin Hubbleın 1920lerin başlarındaki çalışmaları sayesinde sonuca bağlandı. Bazı spiral bulutsuların dış kesimlerinde bireysel yıldız toplulukları olduğu ayrıntılarını gözlemlemeyi başaran Hubble, bazı sefe değişkenlerini tanımlayabildi ki, bu da kendisine bulutsuların uzaklığını hesaplayabilme imkanı verdi. Böylece bu bulutsuların Samanyolu'nun parçası olamayacak kadar uzak olduklarını ortaya çıkardı. Hubble ayrıca, 1936da, hala kullanımda olan bir biçimsel galaksi sınıflandırma sistemini (Hubble düzeni) ortaya atmıştır.
Modern araştırma
Galaksilerin uzayda rastgele dağıldıklarını ileri süren teoriler, modern araçlarla yapılan gözlemler sonucunda önemini kaybetmiş, hepsinin belli bir düzen içinde yer aldıkları, gök cisimlerinin hepsinin belirli yasalar dahilinde hareket ettikleri anlaşılmıştır.
1944'te, Hendrik van de Hulst'un dalgaboyunu 21 cm. olarak tahmin ettiği, 1954te gözlemlenen, yıldızlararası hidrojen atomlarından kaynaklanan mikrodalga ışınımının ortaya çıkarılması ile galaksi incelemeleri yeni bir boyut kazandı. Çünkü, bu ışınım tozların soğurmasından etkilenmiyordu ve Doppler etkisi galaksi içerisindeki gazların hareketlerini belirlemede kullanılabilecekti. Gelişmiş radyoteleskoplarla hidrojen gazı diğer galaksilerde de belirlenebildi.
1970'lere gelindiğinde Vera Rubin'in galaksilerdeki gazların dönüş hızı üzerine çalışmaları sonucunda şu husus saptandı: Galaksilerdeki yıldız ve gazların görünen toplam kütlesi, galaksilerin bu denli yüksek dönüş hızı için yeterli olamazdı; şu halde gözle görülmese de, ek kütlesiyle, hızın bu düzeyde olmasını sağlayıcı bir madde daha var olmalıydı. Böylece bu eksik kütle, görülemeyen, fakat büyük miktarlarda bulunan karanlık maddenin varlığı ile açıklandı.
1990ların başlarında Hubble Uzay Teleskobu daha ileri düzeyde gözlemlerde bulunulmasını sağladı. Örneğin galaksimizdeki görünmeyen karanlık maddenin yalnızca soluk ve küçük yıldızlardaki karanlık maddeden ibaret olamayacağı anlaşıldı. Yine bu teleskopla önceleri nispeten boş olduğuna inanılan bir gökyüzü parçasının (Hubble Derin Alan) incelenmesi sayesinde, o gökyüzü parçasının boş olmayıp galaksilerle dolu olduğu anlaşıldı ve böylece evrende 125 milyar (1.25x1011) galaksinin olması gerektiğine ilişkin kanıt bulunmuş oldu. Öte yandan gözle görülemeyen birçok tayfı gözlemleyebilen gözlem aygıtlarının (radyo teleskop, x-ışını teleskobu, kızılötesi kameralar vb.) geliştirilmesi Hubble tarafından da saptanamamış birçok galaksinin keşfedilebilmesini sağladı. Böylece sakınma bölgesi (İng. zone of avoidance) denilen Samanyolu kuşağı yüzünden iyi görülemeyen gökyüzü bölgesindeki galaksiler de keşfedilebildi.
Tipleri ve biçimleri
Galaksiler Hubble düzeni olarak adlandırılan yaygın bir biçimsel sınıflandırmaya göre dört ana sınıfta sınıflandırılırlar: Eliptik, sarmal (spiral), çubuklu sarmal ve düzensiz. Bu sınıflandırma tümüyle galaksilerin gözle görülen biçimlerine dayanır. Fakat bu sınıflandırma esas alındığında, etkin galaksilerdeki çekirdek etkinliği ya da starburst galaksilerinde önem taşıyan yıldız doğum oranı gibi, galaksilerin bazı önemli karakteristikleri göz ardı edilmiş olur. Bir galaksinin en yoğun kısmı çekirdeğidir. Gaz miktarı ve yıldız sayısı galaksinin merkezine doğru gittikçe artar.
Eliptik galaksiler
Eliptik galaksiler görüş açısından bağımsız olarak, gerçekten elips biçimine sahip galaksilerdir. Hubble düzenine göre eliptik galaksiler daire biçimine yakınlıktan aşırı ovalliğe kadar uzanan bir yelpaze içinde kodlanır ya da adlandırılırlar. Bu yelpaze içinde daire biçimine en yakın eliptik galaksiler E0 olarak, en basık ya da en oval olanlar ise E7 olarak adlandırılır. Genellikle küçük yapılı, nispeten yıldızlararası maddesi fazla olmayan galaksilerdir.
Bu galaksilerde yeni yıldız doğum oranı çok düşüktür, yani yıldız doğumlarının durduğu veya en aza indiği galaksiler olarak düşünülebilirler; dolayısıyla açık kümelere çok az derecede sahiptirler. Bu galaksiler, ortak kütleçekim merkezini esas alan, rastgele sayılabilecek yörüngelerde dönen evrimleşmiş yaşlı yıldızların baskın (çoğunlukta) olduğu galaksilerdir. Bu bakımdan çok daha küçük olan küresel yıldız kümeleri ile bazı benzerlikler taşırlar. Buna karşılık en büyük galaksiler "dev eliptik galaksiler"dir. Dev eliptik galaksiler genellikle büyük galaksi kümelerinin çekirdekleri yakınında bulunurlar.
Sarmal galaksiler
Evrendeki galaksilerin büyük çoğunluğu sarmal galaksilerden oluşur. Nispeten yüksek düzeyde açısal hıza sahiptirler. Sarmal galaksiler, dönen bir yıldızlar diskinden, yıldızlararası ortamdan ve genellikle daha yaşlı yıldızlardan meydana gelmiş bir şişkinlikten oluşur. Etrafı teker adlı yıldızlar topluluğu tarafından sarılı bu karın ya da çekirdek kısmından dışarı doğru nispeten parlak kollar uzanır. Hubble düzeninde sarmal galaksiler S harfiyle kodlanır; bu S harfinin yanına galaksinin bazı özelliklerini belirtmek üzere küçük harfler (a, b, c) eklenir. Bu ek harfler kolların sıkılık ya da dallanmadaki dağınıklık derecesini ve merkezi karın ya da çekirdeğin boyut durumunu gösterir. Örneğin Sa sınıfındaki galaksilerde çekirdek büyüktür, kollar ise belirsizce yayılmıştır. Sc sınıfında ise çekirdek küçüktür ve açılmış kollar ise belirgindir.
Sarmal galaksiler adlarını yıldızların oluştuğu parlak kollarına borçuludurlar. Sarmal galaksilerde kollar, merkezden dışa doğru logaritmik spiral biçimine yakın bir spirallik göstererek açılırlar. Bu, yıldızlar kitlesinin tekbiçimli dönüşüyle oluşan sapmalardan kaynaklanan bir çalkantının varlığını gösterir. Yıldızlar gibi kollar da merkez çevresinde dönmekle birlikte, kollar sabit açısal hızla dönerler. Bu şu anlama gelir: Yıldızlar hareketleri sırasında bu kollara girip çıkarlar ve galaksi merkezine yakın yıldızlar ile kollardaki yıldızların hızları aynı değildir.
Günümüzde galaksilerin sarmal kolları yoğunluk dalgası teorisi'yle maddenin geçici olarak artması veya sıkışması şeklinde yorumlanmaktadır. Yıldızlar bir kol vasıtasıyla yer değiştirirlerken her yıldız sisteminin uzay hızı daha yüksek yoğunluktaki maddelerin kütleçekim kuvvetiyle değişikliğe uğratılır. İşte, yolda art arda giden otomobillerin yavaşlamasıyla oluşan harekete veya okyanustaki dalga hareketine benzetilen bu etki, galakside yoğunluk dalgalarını oluşturmaktadır.
Sarmal galaksilerin çoğunda, çekirdeği bir uçtan diğerine kateden, yıldızlardan oluşmuş çubuk biçiminde bir oluşum bulunur. Çubuklu sarmal galaksiler denilen bu sınıftaki galaksiler Hubble düzeninde, ardından kolların durumunu belirten bir küçük harfin (a, b, c) geldiği SB kodlamasıyla gösterilir. Çekirdekteki çubuğun çekirdekten dışarı doğru hareketlenen bir yoğunluk dalgası nedeniyle, bazen de bir başka galaksinin gelgit etkisi nedeniyle meydana gelen geçici bir oluşum olduğu düşünülmektedir. İçinde bulunduğumuz Samanyolu Galaksisi ve galaksimize en yakın olan Andromeda Galaksisi de bir çubuklu sarmal galaksidir; yaklaşık 30 kiloparsek yarıçapında ve bir kiloparsek kalınlıktadır. Yaklaşık 200 milyar yıldız içermekte olup kütlesi Güneşinkinin yaklaşık 600 milyar mislidir. Samanyolu Galaksisi 4 kısımda ele alınır: Karın, ince teker, kalın teker, hale. Disk çapı yaklaşık olarak yüz bin ışık yılıdır. İçerdiği 200 milyar yıldızın büyük çoğunluğu, diskin merkezinde toplanmıştır.
Diğer biçimler
Tuhaf galaksiler diğer galaksilerle gelgit etkileşimlerinden kaynaklanan alışılmamış özellikler gösteren galaksilerdir. Çıplak bir çekirdek ile çekirdeği çevreleyen, yıldızlardan oluşmuş bir halka ve yıldızlararası ortamdan oluşan halkalı galaksi buna bir örnek olarak gösterilebilir. Halkalı galaksinin bir sarmal galaksinin çekirdeğinden küçük bir galaksinin geçmesi halinde oluştuğu düşünülmektedir. Andromeda Galaksisinın başından da böyle bir olay geçmiş olması muhtemeldir; çünkü kızılötesi ışın tekniği yardımıyla bu galaksinin çokhalkalı bir yapılanma gösterdiği saptanmıştır.
Bir merceksi galaksi (İng. lenticular galaxy) eliptik galaksi ile sarmal galaksi arasında kalan bir biçimde olup her iki galaksi sınıfının özelliklerine de sahiptir. Bu sınıftakiler Hubble düzeninde S0 olarak kodlanırlar. Belirsiz spiral kolları olmasının yanı sıra yıldızlardan oluşan eliptik bir halesi vardır. Çubuklu merceksi galaksiler ise Hubble düzeninde SB0 olarak kodlanır. Bütün bu sınıflardan başka, eliptik ve spiral bir biçim altında sınıflandırılması pek mümkün olmayan bazı galaksiler daha bulunmaktadır ki, bunlar düzensiz galaksi olarak adlandırılır ve Irr I ya da Irr II olarak kodlandırılırlar. Bunlardan Irr I olarak kodlananlar düşük düzeyde bir yapılanma gösterirlerse de bu yapının biçimi biçimsel galaksi sınıflarından herhangi birine uymaz. Irr II olarak kodlanan galaksiler ise biçimsel galaksi sınıflarını andıran hiçbir yapı izi göstermezler. Düzensiz galaksilerin geçmişte birer sarmal veya eliptik galaksi oldukları, fakat sonraları kütleçekimsel kuvvetlerin etkisi altında düzensiz hale geldikleri düşünülmektedir. Düzensiz cüce galaksilerin yakın örneklerine Macellan Bulutları'nda rastlanır.
Cüce galaksiler
Geniş eliptik ve sarmal galaksilerin ününe karşılık evrendeki galaksilerin çoğunun cüce galaksiler oldukları görülmektedir. Bu mini galaksiler Samanyolu Galaksisinın % 1i kadar olup yalnızca birkaç milyon yıldız içerirler. Kısa zaman önce yalnızca 100 parsek genişliğindeki aşırı yoğun galaksiler keşfedilmiştir. Cüce galaksilerin çoğu daha büyük bir galaksinin uydusu durumundadır. Samanyolu Galaksisinın bilinen böyle 12 kadar uydu galaksisi olup, keşfedilmeyi bekleyen 300-500 uydu galaksisi daha olduğu tahmin edilmektedir. Cüce galaksiler eliptik, sarmal ya da düzensiz galaksi sınıflarında sınıflandırılabilirler. Fakat "eliptik cüce galaksiler" büyük eliptik galaksilere pek fazla benzemediklerinden cüce küresel galaksiler (İng. dwarf spheroidal galaxy) olarak adlandırılırlar. Kısa zaman önce keşfedilen iki cüce galaksinin her birinin kütlesinin 10 milyon güneş kütlesi kadar olduğunun saptanması galaksilerin büyük kısmının karanlık maddeden oluştuğu varsayımını desteklemektedir.
Olağan dışı dinamik ve etkinlikler
Etkileşim
Bir galaksi kümesinde bulunan galaksiler arasındaki etkileşimler nispeten sıklık göstermekte olup, evrimlerinde önemli bir rol oynarlar. Etkileşime geçmiş iki galaksi çarpışmasa da gelgit etkileşiminden dolayı hem birtakım eğrilip bükülme deformasyonlarına uğrar, hem de aralarında bir miktar gaz ve toz alışverişi olur. İki galaksi arasında çarpışma, birbirlerinin tam üzerine geldikleri ve birleşmelerine imkan tanımayacak ölçüde bir momentuma sahip oldukları zaman meydana gelir. Bu denli etkileşime girmiş galaksilerdeki yıldızlar, birbirleriyle çarpışmadan, birbirlerinin arasından geçerler. Bununla birlikte gaz ve tozları etkileşime geçerler. Bu da, yıldızlararası ortamın bozulup ve parçalanıp sıkışmış hale gelmesiyle "yıldız doğumları"nın patlak vermesine neden olur. Galaksilerin çarpışması birinde ya da her ikisinde ciddi anlamda, çubuk, halka veya kuyruk benzeri eğilip bükülme bozulmalarına yol açar.
İki galaksinin momentumu yeterince düşük olduğu takdirde, yani birbirlerinin içinden geçmelerini sağlayacak derecede güçlü olmadığı takdirde, etkileşim birleşmeyle sonuçlanır. Bu durumda iki galaksi daha büyük bir galaksiyi yaratacak şekilde kaynaşırlar. Bu kaynaşma etkinlikleri yeni galakside her iki galaksinin orijinal biçimlerine kıyasla farklı bir biçimsel yapıyı meydana getirici değişiklikler yaratabilir. İki galaksiden birinin daha büyük kütleye sahip olması halinde, biri diğeri tarafından, deyim yerindeyse, yutulmuş olur. Buna galaktik kanibalizm adı verilir. Bu tür denk olmayan kaynaşmalarda küçük galaksi yırtılır veya tamamen parçalanırken büyük galaksi pek fazla bozulmaya uğramaz. İşte galaksimiz Samanyolu halihazırda Sagittarius (Yay Takımyıldızı) cüce eliptik galaksisini ve Canis Major (Büyük Köpek Takımyıldızı) cüce galaksisini yutmak üzere "galaktik kanibalizm" sürecinde bulunmaktadır.
Aşırı yıldız üreten galaksiler
Galaksilerdeki yıldızlar dev moleküler bulutlarda oluşan soğuk gaz rezervlerinden üretilirler. Yıldız doğumları oranının istisnai derecede yüksek olduğu galaksiler starburst galaksiler adıyla bilinir. Bu galaksiler aşırı miktarda yıldız üretmeye sürekli olarak devam etselerdi gaz rezervlerini tüketerek ömürlerini iyice azaltırlardı. Fakat bu etkinlikleri genellikle yalnızca on milyon yıl kadar sürer ki, bu süre bir galaksinin ömür süresine nazaran nispeten kısa bir süredir. "Starburst galaksi"ler evren tarihinin erken dönemlerinde daha yaygındılar. Günümüzde bile bu galaksilerin, yıldız doğumları toplamına katkıları tahminen % 15 civarındadır.
Starburst galaksiler tozlu gaz yoğunlaşmalarıyla ve yeni doğmuş yıldızların çokluğuyla nitelenirler ki, bu yıldızlardan bazıları çevredeki bulutları iyonize ederek içerisinde yıldız oluşumlarının gerçekleştiği H II bölgeleri yaratan büyük yıldızlardır. Bu büyük yıldızlar süpernova patlamaları da üretirler ve bu patlamalarda saçtıkları maddeler çevredeki gazla çok güçlü bir etkileşime girerler. Bu patlamalar gaz bölgesinde yıldız oluşumunu sağlayan zincirleme reaksiyonları tetikler. Öyle ki bu etkinlik ancak söz konusu bölgedeki gaz tüketildiğinde ya da dağıldığında son bulur.
Starburst tipi galaksiler, genellikle galaksilerin birleşmesiyle ya da etkileşime geçmesiyle açıklanır. Starburst galaksilerin bu tür bir etkileşimle oluşmasına, M82 galaksisi tipik bir örnek oluşturur. M 82 kendisinden daha büyük bir galaksi olan M 81 ile yüz yüze gelecek şekilde yakınlaşmış ve normal bir galaksinin on misli oranında yıldız üreten bir starburst galaksi haline gelmiştir. Düzensiz galaksiler genellikle belirli aralarla starburst etkinliği sergilerler.
Etkin çekirdekli galaksiler
Gözlemleyebildiğimiz galaksilerin bir kısmı etkin olarak sınıflandırılır. Galaksiden çıkan toplam enerjinin önemli bir kısmı yıldızlar, toz ve yıldızlararası ortamdan değil, bir başka kaynaktan yayılmaktadır. Etkin galaksi çekirdeği için standart örnek, çekirdek bölgesindeki bir dev karadeliğin (SMBH) çevresinde oluşan bir katılım diskine dayanır. Bir etkin galaksi çekirdeğinin ışınımı maddenin diskten hareketle kara deliğe doğru düşmesi sırasındaki kütleçekimsel enerjiden kaynaklanır. Bu tür kozmik cisimlerin % 10unda, yarıçapları bakımından birbirine zıt bir enerji akışı çifti, çekirdekten ışık hızına yakın hızlarda parçacıklar fırlatır. Bu akışları üreten mekanizma, yani bu akışların işleyişi henüz anlaşılamamıştır.
X ışınları şeklinde yüksek enerji ışınımları yayan etkin galaksiler ışıklılıklarına bağlı olarak "Seyfert galaksileri" ya da kuasarlar olarak sınıflanırlar. Kuasarlara benzeyen bir başka etkin galaksi türü de blazarlardır. Bunların Dünyaya doğru yönelmiş bir rölativistik akışı oldukları gözlemlenmiştir. Radyo galaksi denilen etkin galaksiler ise bu rölativistik akışlarından radyo frekansları yayılan galaksilerdir. Muhtemelen, bir galaksi çekirdeği türü olan ve LINER (İng. Low-Ionization Nuclear Emission-line Regions) kısa adıyla tanınan çekirdekler de etkin çekirdeklerdir. LINER tipindeki galaksilerin yaydıklarında düşük ölçüde iyonize öğeler baskındır. Bize yakın galaksilerin yaklaşık üçte biri LINER çekirdek türüne sahip galaksiler olarak sınıflanırlar.
Oluşma ve evrim
Galaksilerin ortaya çıkma ve evrimlerinin incelenmesi bir bakıma galaksilerin nasıl meydana geldikleri ve evren tarihinde nasıl bir evrim yolu izledikleri sorularının yanıtlanması girişimleridir. Bu alandaki bazı teoriler geniş ölçüde kabul görmekle birlikte, bu alan astrofizikte halen ilerlemeler bekleyen etkin (araştırmaların sürdüğü) bir alandır.
Oluşma
Evrenin halihazırdaki erken modelleri Big Bang kuramına dayanmaktadır. Big Bang olayının başlangıcından 300.000 yıl sonra hidrojen ve helyum atomları rekombinasyon denilen bir olayla oluşmaya başladılar. Bu dönemde hemen hemen tüm hidrojen nötrdü (iyonize olmamış), ışığı kolaylıkla soğurabilir haldeydi ve yıldızlar henüz oluşmamışlardı. Dolayısıyla bu döneme Karanlık Çağlar adı verilir. Yoğunluk kararsızlıklarının (ya da anizotropik düzensizliklerinin) olduğu bu ilk maddede büyük yapılar belirmeye başladılar. Baryonik madde kütleleri karanlık maddenin soğuk halelerinde yoğunlaşmaya başladılar. Bu ilk yapılar sonradan, günümüzde gördüğümüz galaksiler haline geleceklerdi.
Galaksilerin bu erken durumuna ilişkin kanıt 2006da IOK-1 galaksisinin keşfedilmesiyle elde edildi. Bu galaksi 6.96 gibi olağan-dışı yüksek bir kırmızıya kayma içerisindeydi ki, bu da Büyük Patlama başlangıcından 750 milyon yıl sonra meydana geldiğini gösteriyor ve şimdiye dek gözlemlenenler içinde en uzak ve en eski galaksi olduğunu ortaya koyuyordu. Her ne kadar bazı bilim insanları Abell 1835 IR1916 gibi başka gök cisimlerinin IOK-1den daha yüksek bir kırmızıya kayma içerisinde olduğunu ileri sürmüşlerse de, şimdilik genel kabul, yaşı ve bileşimi bakımından IOK-1e öncelik vermektedir. Böyle öngalaksilerin (protogalaksi) varlığı, bunların Karanlık Çağlar denilen dönemde oluşmuş olabilecekleri fikrini akla getirmektedir.
Bu tür erken galaksi oluşumlarının ortaya çıkış süreci astronomide henüz tartışmaya açık temel meselelerden birini oluşturmaktadır. Bu konuya ilişkin teoriler iki kategoride ele alınabilir:
Yukarıdan aşağı teorilerine göre, öngalaksiler yaklaşık yüz milyon yıl süren büyükölçekli ve eşzamanlı bir çökmeyle oluşmuşlardır. Bu teorilere ilişkin modellerden biri kısa adıyla ELS (EggenLynden-BellSandage) modeli olarak bilinir.
Aşağıdan yukarı teorilerine göre, önce küresel yıldız kümesi gibi küçük yapılar oluşmuş, bu küçük yapılar da birleşerek galaksileri meydana getirmişlerdir.. Bu teorilere ilişkin modellerden biri kısa adıyla SZ (Searle-Zinn) modeli olarak bilinir.
Bu teoriler artık büyük karanlık madde halelerinin muhtemel varlığını da hesaba katarak yeniden düzenlenmek durumundadır. Öngalaksiler oluşmaya ve büzülmeye başladıktan sonra, bunlarda ilk hale yıldızları (Popülasyon III yıldızları, III. kuşak yıldızlar) ortaya çıkmışlardır. Bu yıldızlar tümüyle hidrojen ve helyumdan meydana gelmiş büyük yıldızlardı. Bu iri yıldızlar yakıt rezervlerini hızla tüketip süpernovalar haline geldiler ve yıldızlararası ortama ağır elementler saldılar. Bu ilk kuşak yıldızları çevredeki nötr hidrojeni iyonize ederek, uzayda ışığın yolculuk etmesine olanak veren oluşumlar yarattılar.
Evrim
Bir galaksinin oluşmasını sağlayıcı anahtar yapılar, Big Bang'ın başlangıcına kıyasla, bir milyar yıl içinde ortaya çıkmışlardır. Bunlar küresel yıldız kümeleri, dev kara delikler ve II. kuşak (yaşlı) yıldızlarından oluşan galaktik karındır. Öyle görünüyor ki, dev kara delikler, galaksilerin büyümelerinin düzenlenmesinde anahtar bir rol oynamışlardır. Bu erken dönemde galaksiler büyük ölçüde yıldız doğumları yaşamışlardır.
Sonraki iki milyar yıl sırasında, biriken madde galaktik disk içine yerleşmiştir. Bir galaksi, yaşamı boyunca, kendine yüksek hız bulutları ve cüce galaksilerden çektiği maddeleri katar. Bu maddeler çoğunlukla hidrojen ve helyumdur. Yıldızların doğum-ölüm çevrimi, yavaş yavaş ağır elementlerin salınmasını artırır ki, bu, sonradan gezegenlerin oluşmasına imkan sağlayacaktır.
Çarpışmalarının ve kütleçekimsel etkileşimlerinin galaksilerin evrimi üzerinde hatırı sayılır bir etkisi vardır. Erken dönemde galaksi birleşmeleri daha yaygındı ve galaksilerin çoğu, biçimleri bakımından tuhaf galaksiler (İng. peculiar galaxy) sınıfındaydılar. Yıldızlar arasındaki uzaklık yeterince büyük olduğundan, çarpışan galaksilerdeki yıldızlar bu çarpışmadan etkilenmezler, yani galaksilerin kendileri gibi değişikliğe uğramazlar. Bununla birlikte, spiral kolları oluşturan gaz ve tozun kütleçekim etkisiyle sıyrılması, gelgit kuyruğu denilen bir yıldız zincirinin meydana gelmesine neden olur. Bu tür oluşumların örnekleri NGC 4676 ve Antenler Galaksisi adıyla bilinen çarpışan galaksilerde görülebilir.
Bu tür bir etkileşimin bir örneği de Samanyolu Galaksisi ile komşusu Andromeda Galaksisidır. Her iki galaksi birbirlerine 130 km/s hızla yaklaşmaktadır ve hızlarını etkileyen yan hareketler göz ardı edilirse, yaklaşık 5-6 milyar yıl sonra çarpışacaklardır.. Samanyolu Galaksisi daha önce hiç bu kadar büyük bir galaksi ile çarpışmamış olsa da, daha önce cüce galaksiler ile çarpışmış olduğuna ilişkin kanıtlar artmaktadır. Böyle büyük ölçekli çarpışmalar nadirdir ve zaman geçtikçe böyle iki denk galaksinin birleşmesi daha nadir hale gelmektedir. Parlak galaksilerin çoğu ömürlerinin son milyar yıllarında böyle kökten bir değişikliğe uğramazlar.
Gelecek
İlkel yıldızın çökmesiyle meydana gelen yıldızlar, evrimleri boyunca kütlelerinin büyük bir kısmını yıldızlararası ortama atarak beyaz cüce, nötron yıldızı veya bir kara delik olarak evrimlerine son verirler. Günümüzde yıldız doğumlarının çoğu serin gazın pek tükenmemiş olduğu küçük galaksilerde meydana gelmektedir. Samanyolu Galaksisi gibi sarmal galaksiler, spiral kollarındaki yıldızlararası yoğun hidrojen moleküler bulutlarına sahip oldukları sürece yalnızca yeni kuşak yıldızlar üretirler. Bu gazdan artık yoksun olduklarından eliptik galaksiler ise yeni yıldızlar üretemezler. Mevcut hidrojen rezervleri yıldızlarca tüketilip ağır elementlere dönüştürüldüğünde yeni yıldız doğumları meydana gelemez. Yıldızları yaşlandıkça galaksinin parlaklığı da giderek azalır.
İçinde bulunduğumuz yıldız oluşum çağının yüz milyar yıl süreceği tahmin edilmektedir. Kızıl cüceler gibi çok daha küçük ve giderek soluklaşan yaşlı yıldızların olacağı sonraki yıldız çağının 10-100 trilyon yıl süreceği düşünülmektedir. Bu yıldız çağının sonunda galaksiler şu sıkışık cisimlerden ibaret olacaklardır: Kahverengi cüceler, beyaz cüceler (soğumuş kara cüceler), nötron yıldızları ve kara delikler. Ardından kütleçekimsel gevşemenin sonucu olarak tüm yıldızlar kara deliklere düşecekler ya da çarpışmalar sonucunda galaksilerarası uzaya fırlatılacaklardır.
Büyük ölçekli yapılar
Evrendeki galaksiler tek biçimli bir şekilde dağılmadıkları gibi tümüyle düzensiz bir şekilde de dağılmıştır. Gökyüzüne ilişkin "derin alan" araştırmaları galaksilerin genellikle birbirlerine bağlı bir şekilde topluluklar oluşturduğunu ortaya koymuştur. Milyarlarca yıl boyunca bir başka galaksiyle etkileşime geçmemiş galaksiler çok nadirdir. Şimdiye dek araştırılan galaksilerden yalıtılmış halde oldukları gözlemlenenlerin oranı yalnızca % 5tir. Kaldı ki bunların geçmişlerinde bir başka galaksiyle etkileşime geçmiş olmaları, çarpışmış olmaları, hatta, halen küçük galaksilerden oluşmuş uydulara sahip olmaları mümkündür. Yalıtılmış durumda bulunan galaksilerde yıldız doğumları, sahip oldukları gazlar diğer galaksilerdeki gibi etkileşimlerle sıyrılmamış olduklarından, yüksek bir oran gösterir.
Büyük ölçekte evren sürekli bir genişleme halindedir ki, bu da bireysel galaksiler arasındaki ortalama uzaklığın artmasına neden olmaktadır. Buna karşılık galaksi toplulukları karşılıklı kütleçekimsel etkileri sayesinde lokal anlamda bu genişlemeyi aşabilmektedirler. Bunlar evrenin erken döneminde karanlık maddenin sürüklemesi sayesinde kümelenmiş topluluklardır. Daha sonra bunlardan birbirine yakın gruplar bir araya gelerek galaksi kümelerini meydana getirmişlerdir. Bu bir araya gelme süreci bir kümedeki galaksilerarası gazın çok yüksek sıcaklıklara gelme derecesinde ısınmasına (30 milyon-100 milyon K) neden olur. Bir kümedeki kütlenin yaklaşık % 70-80i karanlık madde türündedir, %10-30u bu ısınmış gazdan oluşur ve geri kalan az kısım da galaksiler olarak görünen maddedir.
Evrendeki galaksilerin çoğu kütleçekimsel olarak birbirlerine bağlıdır; her galaksi, kütleçekimsel olarak, belirli bir sayıdaki diğer galaksilere bağlıdır. Böylece küçükten büyüğe doğru kümelenmeli bir yapı hiyerarşisi bulunur. Bunların en küçüğü galaksi gruplarıdır. (Galaksi sayısı 100ün altında olduğu zaman bu topluluklara, gruplar ve kümeler arasındaki sınırlar belirgin olmasa da, galaksi grubu denir.) Kütleçekim kuvvetiyle bir arada tutulan bu toplulukların en yaygın tipi galaksi kümeleri olup, evrendeki galaksilerin çoğunu içerirler.
Genellikle birkaç megaparseklik bir bölgede bir araya gelmiş binlerce galaksiyi içeren yapılar küme olarak adlandırılır. Galaksi kümesi ya da galaksi kümesi kütleçekimi sayesinde birbirlerine bağlı yüzden fazla galaksinin oluşturduğu kümedir. Galaksi kümeleri biçimleriyle (özel, küresel, simetrik vs.), dağılımlarıyla veya galaksi sayılarıyla (sayı birkaç bine çıkabilir) nitelenirler. Böyle bir grup ya da kümeye bağlı kalabilmek için her üyenin, yani her galaksinin hızının topluluktan kaçıp gidecek derecede yüksek olmaması, bir başka deyişle bunu önleyecek derecede düşük bir hızı olması gerekir. Buna karşılık yetersiz bir kinetik enerji söz konusu olduğunda da, topluluk galaksi birleşmelerinin olacağı bir evrim geçirir; evrim sonucunda topluluğun dönüştüğü yeni hali, daha az sayıda galaksiden oluşuyor olacaktır. Galaksi kümelerinde genellikle tek bir "dev eliptik galaksi" baskın olur. En parlak küme galaksisi adı verilen bu dev, zamanla, uydu haline getirdiği diğer galaksileri gelgit etkisiyle tahrip eder ve yutup kendi kütlesine katar.
Süperkümeler galaksi kümeleri, galaksi grupları ve bazen de bireysel galaksiler halinde onbinlerce galaksi içerirler. Bir milyar ışık yılı uzunlukta olabilen bu muazzam büyüklükteki yapılarda, aralarında büyük boşluklar olan galaksiler, rastgele değil, bir yapıdaki teller gibi dizilmişlerdir. Süperküme skalasının daha üzerinde evrenin izotropik ve homojen olduğu düşünülür. Galaksilerin yaklaşık % 90ı bir kümeye ya da bir süperkümeye dahildir.
Samanyolu Galaksisi Yerel Grup (İng. Local Group) adı verilen 30 civarında galaksi içeren bir galaksi grubunun üyesidir. Bu, yarıçapı yaklaşık bir megaparsek olan bir gruptur. Bu grupta Samanyolu ve Andromeda en parlak iki galaksidir. Grubun diğer üyelerinin birçoğu bu iki galaksinin uyduları ya da yoldaşları olan cüce galaksilerdir. Yerel Grupun kendisi de Başak Süperkümesinin içindeki bir bulutumsu yapının bir parçasıdır.
Çoklu dalgaboyu gözlemleri
Samanyolu Galaksisinin dışındaki galaksilerin varlığının keşfedilmesinden sonra, bunların ilk gözlemleri genellikle, gözle görülür ışığın kullanıldığı gözlemlerdi. Yıldızların çoğu ışık yaydıklarından, galaksileri oluşturan yıldızların gözlemi optik astronominin temel etkinliklerinden biridir. Optik astronomiden iyonize H II bölgelerinin ve tozlu kolların dağılımının incelenmesinde de yararlanılabilmektedir. Fakat yıldızlararası ortamda mevcut toz, gözle görülür ışıkla gözlemlendiğinde soluk görülmektedir. Buna karşılık uzak-kızılötesi ışınlarla daha saydam görülebilmektedir.
Günümüzde optik astronominin yetersiz kaldığı alanlarda artık çeşitli dalgaboylarından da yararlanılmakta ve bu alanda çeşitli aygıtlar kullanılmaktadır. Modern yöntemlerden bazıları şunlardır:
Kızılötesi: Uzak-kızılötesi ışınlar gerek dev moleküler bulut bölgelerinin içinin, gerekse galaksi çekirdeklerinin içinin ayrıntılı olarak gözlemlenebilmesinde kullanılabilmektedir. Kızılötesi aynı zamanda evren tarihinin çok erken döneminde ortaya çıkmış uzak, kırmızıya kaymadaki galaksilerin gözlemlenmesinde de kullanılabilmektedir. Su buharı ve karbondioksit kızılötesi tayfın işe yarar kısımlarının belirli bir miktarını soğurduklarından kızılötesi astronomisinde artık yüksek irtifalardaki, yani uzaydaki teleskoplar kullanılmaktadır.
radyo frekansları: Galaksilerin gözle görülen ışık dışındaki araçlar kullanılarak yapılan ilk incelemesi radyo frekansları kulllanılarak yapılmıştır. Atmosfer 5 MHz ile 30 GHz. arası frekanslar için geçirgendir (daha aşağı sinyaller iyonosferce bloke edilmektedir) Etkin çekirdeklerden yayılan akışlar büyük radyo interferometre aygıtlarıyla saptanabilmektedir. Radyoteleskoplar ise nötr hidrojeni, erken dönemdeki, galaksileri oluşturmak üzere sonradan çöken iyonize olmamış maddeyi gözlemleyebilmektedir.
Morötesi ve X ışını: Morötesi ve X ışını teleskopları galaksilere ilişkin yüksek enerji etkinliklerini gözlemleyebilmektedir. Örneğin X ışınları sayesinde galaksi kümelerindeki sıcak gazın dağılım haritası çıkarılmıştır. Yine galaksilerin çekirdeklerinde dev kara deliklerin varlığı X ışını astronomisi sayesinde doğrulanmıştır.