Akademik Veri Yönetim Sistemi
Hüdaverdi M. (Yürütücü)
TÜBİTAK Projesi, 2018 - 2021
Galaksi kümeleri 1014~1015Mʘ mertebelerine ulaşan kütleleri ile, evrenin en büyük dengeli yapılarıdır. Yapısal hiyerarşik oluşum modeline göre, daha küçük yapıların çekimsel olarak bir araya gelmesi neticesinde oluşurlar. Milyarlarca yıl süren bu oluşum süreci boyunca sentezlenen bütün kimyasal elementler, kümenin derin çekimsel potansiyel kuyusu (gravitational potential well) içerisinde hapsolmuştur. Bu kimyasal elementlerin kayıtlarının araştırılması (bolluğun miktarı, birbirleriyle olan nispi oranları ve merkezden dışa radyal dağılımlarının belirlenmesi) kozmik baryonik maddenin sentez süreçlerinin anlaşılması adına kritik bilgiler içerir. Bu açıdan Küme İçi Plazma (kısaca ICM), kozmik metal zenginleşme kayıtlarının detaylı olarak tutulduğu büyük rezervuarlardır. Bu bilgilere ulaşmak için galaksilerin arasını dolduran X-ışını yayılımı yapan sıcak-seyrek küme plazması incelenmelidir.
Literatürde, kimyasal element sentezi üzerine iki farklı teorik senaryo bulunmaktadır. Bunlardan ilki, sentezlenmenin galaksiler kümelenmeden önce gerçekleşmesi modelidir (Fujita vd. 2008). Bu senaryoya göre küme yapısının hem merkezi bölgesi, hem de dış-etek uçları metalce zengindir ve merkezden dışa kadar homojen bir dağılım gösterir. Bu modelde kimyasal elementler kümelenme öncesi sentezlendiği için “erken zaman evrimleşmesi” olarak adlandırılır. İkinci senaryo ise “geç zaman evrimleşmesi”dir (Balestra vd. 2007, Maughan vd. 2008). Bu modele göre, kümelenmenin neden olduğu dinamik türbülans ve devinimler üretim mekanizmalarını tetikler. Kimyasal elementler, galaksilerin yığışmaları sonrasında sentezlenir. Bu senaryoda metal dağılımı düzensiz bir yapı gösterir. Küme ortamında olan bu kimyasal evrimleşme süreçlerinin açığa kavuşması ile evrenin nükleosentez tarihçesi hakkında önemli bilgilere ulaşılacaktır.
Metal zenginleşmesini besleyen en temel fiziksel süreç süpernovapatlamalarıdır. Farklı süpernova patlamalarının farklı metallerin sentezlenmesinden sorumlu olması nedeniyle, metal bolluğu ölçümleri süpernova patlamalarının evrimine dair bilgileri de içermektedir. Yakın zamanda (ekibimizden Prof. Ercan’ın şu anda yer aldığı) Harvard Üniversitesi araştırmacıları önderliğinde, yüksek enerji tayf analizleri programı XSPEC’de kullanılabilen “snapec” isimli plazma modeli geliştirilmiştir (Bulbul vd. 2012). Oluşturulan bu model küme içi plazmada gözlemlenen metal bolluklarını sentezleyebilecek SN (tip-Ia veya tip-II) türünü ve toplam sayısını (NSNe) belirleyebilmektedir. Bu model ve ilgili yazılım kodları, Harvard ve MIT ekipleri ile olan ortak çalışmalarımız vesilesiyle, proje ekibimizle de paylaşılmış durumdadır. Ve yine “snapec” modelinin ilk ve tam teşekküllü olarak bir kümenin eteklerine kadar uygulanması çalışması, ekibimizden Dr. EZER’in “Chemical enrichment history and gas mass fraction of the galaxy cluster abell 3112” başlıklı doktora tezinde, A3112 kümesine başarılı bir şekilde uygulanmış ve sonuçlar yayınlanmıştır. Kümenin merkezi bölgesinde gözlemlenen metal bolluklarının, toplam NSNe=3.24×109süpernova patlaması neticesinde sentezlendiği ve bunların SN-Ia/SN-cc oranları R=0.12 olarak hesaplanmıştır (Ezer vd. 2017). Çalışma, A3112 merkezinden etek uçlarına kadar ölçülen değerlerle, kozmik baryon sentezi hakkında çok kıymetli bilgiler sunar.
Kimyasal evrimleşmenin geniş zaman sürecini anlayabilmek için galaksi kümesinin merkezinden, halkalanma yarıçapına (Virial Radius) kadar X-ışın plazmasının analiz edilmesi gerekir. Ya da kozmik zaman akış yönünden ifade edecek olursak, küme ortamına en dış eteklerden giren bir galaksinin, kümenin merkezi bölgelerine kadar olan serüveni baryonik madde sentezinin evrimsel süreci açısından önemlidir. Suzaku, teknik olarak bu çalışma için en uygun verileri sunmaktadır. Kümenin dış bölgelerinde bile yüksek sinyal/gürültü oranına sahip olması ve geniş etkili alanlı (effective area) kamerası radyal dağılımın rahatlıkla çalışılabilmesini mümkün kılar. Ayrıca yüksek görüntü çözünürlüğündeki (~0.5 yay saniye) örtüşen Chandra gözlem verileri kullanılarak, merkezi bölgelerdeki nokta kaynakların temizlenmesi sağlanacak ve analiz optimal seviyeye çıkarılacaktır.
Özetle bu proje önerimizde farklı uzaklık ve kütleli galaksi kümelerinin Suzaku ve Chandra verileri kullanılarak, yüksek enerji astofiziği tayfsal çalışmalarında yeni bir algoritma olan “snapec” plazma modeliyle; kümenin kimyasal evrimi, kimyasal elementlerin miktarı, kümenin merkezinden eteklerine kadar radyal değişimi ve süpernova patlama türlerinin bu zenginleşmeye nicel katkıları gibi kritik sorulara cevaplar bulmayı hedeflemekteyiz.
X-ışın arşivlerinde, yıllardır farklı bilimsel gerekçelerle gözlemlenmiş uzun poz süreli 10larca galaksi kümesi yer almaktadır. Ve bu kaynakların, böyle bir araştırma başlığı altında çalışmaları bulunmamaktadır. Çalışma amacımıza uygun 20 civarı küme (Tablo-1) belirlenmiş olup, her bir kümenin analiz sonuçları bireysel olarak ve/veya kataloglayarak, hakemli dergilerde yayınlanacak nitelikte çıktılar hedeflenmektedir. Şimdiye kadar literatürde, küme içi plazma ve süpernova kimyasal sentezleme mekanizmaları bu derece nicel ve somut olarak ilişkilendirilmemiştir. Kimyasal zenginleştirme mekanizmalarının küme içerisinde izlerinin sürülmesi ve ilişkilendirilmesi çalışmaları yüksek atıf alabilecek niteliktedir ve kozmik baryonun sentezlenmesikonularında edinilecek cevaplar açısından özgündür.