Samanyolu

Samanyolu, Babil yaratılış destanı Enūma Eliš'te kadim tuzlu su ejderhası Tiamat'ın kesik kuyruğu olarak tasvir edilir. Babil'in ulusal tanrısı Marduk, Tiamat'ı öldürdükten sonra onun kuyruğunu göğe yerleştirmiştir. Bu anlatının bir dönem Nippurlu Enlil'in canavarı öldürdüğü daha eski bir Sümer efsanesine dayandığı düşünülmüştü ancak günümüzde bu destanın eski bir efsaneye dayanmadığı, Marduk'u Sümer tanrılarından üstün göstermek amacıyla Babilli katipler tarafından oluşturulduğu düşünülmektedir.

Yunan mitolojisinde Samanyolu, baş tanrıça Hera'nın sütüyle ilişkilendirilir. Yaygın bir anlatıya göre Zeus, ölümlü kadın Alkmene'den doğan oğlu Herakles'in ölümsüzlük kazanması amacıyla uyumakta olan Hera'nın göğsüne bebeği yerleştirir. Hera uykusundan uyanıp tanımadığı bir bebeği emzirdiğini fark edince onu aniden iter ve göğsünden fışkıran ilahi süt gökyüzüne yayılarak Samanyolu'nu oluşturur. Alternatif bir anlatıda ise terk edilmiş Herakles'i emzirmesi için Hera'ya Athena getirir. Bebeğin memeyi fazla kuvvetli emmesi üzerine Hera acıyla bebeği göğsünden uzaklaştırır ve gökyüzüne saçılan süt parlak bir kuşak oluşturur.

Türk mitolojisinde ve halk inanışlarında Samanyolu farklı tasavvurlarla açıklanmıştır. Yakut Türklerinde bu kuşak, gökyüzünün iki yakasının birleştiği "göğün dikiş yeri" veya yaratıcı Tanrı'nın evreni yaratırken gökyüzünde bıraktığı ayak izleri olarak kabul edilmiştir. Eski Türk kozmolojisinde gökyüzü katı bir kubbe olarak düşünüldüğünden, Samanyolu bu kubbedeki bir açıklık sayılarak "gök yarığı" ya da göksel bir su yolu gibi algılanarak "gök dere" olarak nitelendirilmiştir. İslamiyet sonrasında ise Yakın Doğu kaynaklı "saman çekenler" anlatısı Türk halk kültürüne uyarlanmış ve gökyüzündeki beyaz izin bir saman hırsızının (saman uğrusunun) kaçarken arkasında döktüğü saman tozlarından meydana geldiğine inanılmıştır.

Samanyolu için modern Batı kültüründe kullanılan yaygın ve astronomik adlandırmaların etimolojik kökeni Grekçeye dayanır. Grekçede "süt" anlamına gelen gála (γάλα, galakt-) sözcüğünden -ías (-ías) sıfat ekiyle türetilen galaxías (γαλαξίας), gökyüzündeki bu soluk ışık kuşağının süte benzeyen beyazımsı görünümünü nitelemek için kullanılmıştır. Antik Çağ gökbilimcileri, gök küresini tanımlamak için kullandıkları 11 astronomik çember (kýkloi) arasında çıplak gözle fiziksel olarak görülebilen tek örnek olan bu kuşağı "süt renginde (beyazımsı) çember" anlamına gelen galaxías kýklos (γαλαξίας κύκλος) olarak adlandırmışlardır. Bu ad, zamanla Helenistik Grekçede sadece galaxías adıyla kullanılmaya başlanmış ve Klasik Latinceye kelime anlamıyla "sütsü [süt gibi beyaz] yol" manasındaki via lactea ("Süt Yolu") olarak çevrilmiştir. Modern Batı dillerindeki İngilizce Milky Way, Almanca Milchstraße ve Fransızca Voie lactée gibi adlar bu Latince çeviriden alınmıştır.

Klasik Arapçada gökbilimsel olarak el-Mecerre (Arapça: المجرة) adı verilen bu kuşak, halk ağzında ise "saman [taşıyanların] yolu" manasındaki Darbü't-Tebbane (درب التبانة) adıyla anılmıştır. Astrofizikçi Or Graur'a göre saman motifi ticaret, din ve fetihler aracılığıyla yayılarak Kuzey Afrika ve Orta Asya'daki pek çok halkın dilinde yer bulmuştur. Farsçada ise "saman" anlamına gelen kah veya keh ile "çekenler" anlamındaki keşan sözcüklerinin birleşmesinden oluşan ve "saman çekenler" anlamına gelen kahkeşan (Farsça: كهكشان) sözcüğü kullanılmıştır. Osmanlı şair ve yazarları Farsçadaki bu sözcüğü divan şiirinde ve klasik yazılı edebiyatta kehkeşan biçimiyle kullanmışlardır.

Türk kültürünün Farsça kehkeşan sözcüğüyle henüz tanışmadığı yerlerde bu kuşak için yön tayinine dayanan adlar verilmiştir. Bu anlayışla Türkmenler kuşlar yolı, Kırgızlar kuş colı ("kuş yolu"), Kazan Türkleri ise kiyik kaz yulı ("yabani kaz yolu") adlarını kullanmışlardır.

Klasik Osmanlı döneminde halk ağzında ve dönemin lügatlerinde Farsça kehkeşanın yanı sıra başlıca iki Türkçe adlandırma kaydedilmiştir. Bunlardan ilki olan saman uğrusu ("saman hırsızı"), 15. yüzyıla ait Tercüme-iʿAca'ibü'l-Mahlûkat adlı eserde yer almaktadır. İkinci yaygın adlandırma olan hacılar yolu ise 16. yüzyıl sözlükleri Ahteri-i Kebir ve Lügat-i Ni'metu'llah'ta yer alır. Bu adlandırma, Türklerin İslamiyet'i kabul ettikten sonra kuşağın güneydoğuya doğru uzandığını görmeleriyle ortaya çıkmıştır. Benzer bir göksel yön ve hac algısıyla Orta Çağ Hristiyan Avrupası'nda da Samanyolu'na "Aziz Yakup'un Yolu" (Dante'nin ifadesiyle İtalyanca: la Via di Sa' Iacopo, İspanyolca: el Camino de Santiago) adı verilmiştir.

Cumhuriyet döneminde yürütülen dil çalışmaları sırasında Samanyolu için halk ağzından ve tarihsel metinlerden toplanan karşılıklar yeniden değerlendirilmiştir. Türk Dili Tetkik Cemiyeti tarafından yayımlanan Tarama Dergisi verilerine dayanılarak 1934'te basılan Öz Türkçe Karşılıklar adlı eserde kehkeşan sözcüğü için yedi alternatif sıralanmıştır: gök dere, gök yaruğu, gök yolu, saman döken, saman uğrusu, saman yolu ve yolak. Türk Dil Kurumu'nun 1935 tarihli Türkçeden Osmanlıcaya Cep Kılavuzu'nda gökdere ve samanyolu sözcükleri kehkeşanın karşılığı olarak kayda geçirilmiştir. Günümüz Türk Dil Kurumu sözlüğünde terim Samanyolu madde başı altında tanımlanmakta; kehkeşan, samanuğrusu, hacılaryolu ve gökyolu gibi tarihi kullanımlar ise bu maddeye yönlendirilmektedir.

Diğer kültürlerdeki adlandırmalar

• Kuzey halklarının, göçmen kuşların sonbahar göçü sırasında gökyüzündeki bu kuşağın doğrultusunu izlediklerini gözlemlemesi sonucunda "Kuş Yolu" adı birçok Ural, Baltık ve bazı Türk dillerinde yerleşmiştir. Fince (Linnunrata), Estonca (Linnutee), Letonca ve Litvancada kullanılan bu adın bölgesel varyantları da bulunur. Örneğin Çuvaşça, Marice ve Tatarcada "Yaban Kazı Yolu" (veya "Boz Kaz Yolu"), Erzya ve Mokşa dillerinde ise "Turna Yolu" adları kullanılır.
• Güney Avustralya'daki Adelaide Ovaları'nda yaşayan Kaurnalar, Samanyolu kuşağına Kaurna dilinde "ev nehri" anlamına gelen wodliparri adını vermiştir.
• Avustralya'da Yeni Güney Galler ile Queensland bölgeleri arasında yaşayan Kamilaroi halkı, Samanyolu'nun karanlık gaz ve toz bulutlarının oluşturduğu silüeti devasa bir göksel kuşa benzetmiş ve bu kuşağa kendi dillerinde "Emu" anlamına gelen Dhinawan adını vermiştir.
• Hindu inancında Samanyolu, kutsal Ganj Nehri'nin gökyüzündeki akışı olarak kabul edilmiş ve Sanskritçede "Göksel Ganj" anlamına gelen Ākāśagaṅgā (आकाशगंगा) adıyla anılmıştır. Bu adlandırma günümüzde birçok Hint dilinde varlığını sürdürmektedir.
• Çincede "Gümüş Nehir" anlamına gelen Yínhé (銀河) adı; Korece (Eunha) ve Vietnamca (Ngan hà) dahil olmak üzere Doğu Asya genelinde yaygın olarak kullanılır. Japonya ve Kore'de bu sözcük günümüzde herhangi bir galaksiyi adlandırmak için de kullanılır.
• Japoncada Samanyolu için "Göksel Nehir" anlamına gelen Ama no gawa (天の川) adı kullanılır. Bu adlandırma Çincede de alternatif olarak Tiānhé (天河) biçiminde yer alır. Vietnamcada ise "Göksel Nehir" manasındaki Thiên hà sözcüğü çağdaş dilde genel olarak galaksileri ifade eder.
• İngiltere'de Orta Çağ boyunca Samanyolu, Norfolk'ta yer alan Walsingham Meryem Ana Mabedi'ne giden hacılar tarafından göksel bir kılavuz olarak görülmüş ve bu nedenle "Walsingham Yolu" (İngilizce: Walsingham Way) olarak anılmıştır.
• İsveççe başta olmak üzere İskandinav dillerinde Samanyolu "Kış Yolu" (İsveççe: Vintergatan) olarak adlandırılır. Yüksek kuzey enlemlerinde yaz aylarında yaşanan geceyarısı güneşi nedeniyle gökyüzü kararmadığından, en belirgin haliyle yalnızca kış gecelerinde gözlemlenebilmektedir.

Samanyolu; gece gökyüzünde bir yay çizen, yaklaşık 30° genişliğinde puslu ve beyaz bir ışık kuşağı olarak görünür. Gökyüzünde çıplak gözle görülebilen münferit yıldızların tümü aslında Samanyolu Galaksisi'nin birer parçası olsa da "Samanyolu" terimi yalnızca bu ışık kuşağını nitelemek için kullanılır. Bu ışık; galaktik düzlem doğrultusunda yer alan, çıplak gözle tek tek ayırt edilemeyen yıldızların ve diğer maddelerin bir araya gelmesiyle oluşur. Kuşak boyunca uzanan daha parlak alanlar, yıldız bulutları olarak bilinen yumuşak hatlı ışık yamaları halinde belirir. Bunların en göze çarpanı, galaksinin merkezi şişkinliğinin bir parçasını oluşturan Büyük Yay Yıldız Bulutudur. Kuşağın içindeki Büyük Yarık ve Kömür Çuvalı gibi karanlık bölgeler ise yıldızlararası tozun uzak yıldızlardan gelen ışığı perdelediği alanlardır. İnkalar ve Avustralya Aborjinleri başta olmak üzere Güney Yarımküre halkları, bu bölgeleri gökyüzünde birer Karanlık bulut takımyıldızları olarak tanımlamışlardır. Samanyolu'nun görüşü engellediği gökyüzü alanı ise Kaçınma bölgesi olarak adlandırılır.

Samanyolu'nun yüzey parlaklığı nispeten düşüktür, bu nedenle görünürlüğü ışık kirliliği veya Ay ışığı gibi arka plan ışımaları yüzünden büyük ölçüde zayıflayabilir. Samanyolu'nun seçilebilmesi için gökyüzü karanlığının yay-saniyekare başına yaklaşık 20,2 kadirden daha sönük olması gerekir. Sınır kadir yaklaşık +5,1 veya daha iyiyse kuşak fark edilebilir hale gelir; +6,1 kadirde ise zengin ayrıntılar sergiler. Bu durum, Samanyolu'nun yoğun aydınlatılmış kentsel ve banliyö alanlarından izlenmesini güçleştirir. Buna karşılık Ay'ın ufkun altında olduğu gecelerde, kırsal alanlardan bakıldığında oldukça belirgin ve çarpıcı bir görünüme bürünür. Yapay gökyüzü parlaklığı haritaları, dünya nüfusunun üçte birinden fazlasının maruz kaldığı ışık kirliliği sebebiyle yaşadığı yerden Samanyolu'nu göremediğini ortaya koymaktadır.

Dünya'dan bakıldığında Samanyolu Galaktik düzleminin görünen kısmı, gökyüzünde 30 takımyıldızı içine alan geniş bir alanı kaplar. Galaktik merkez, Samanyolu'nun en parlak görüldüğü Yay takımyıldızı doğrultusunda yer alır. Puslu beyaz ışık kuşağı, Yay takımyıldızından başlayarak Arabacı takımyıldızında yer alan galaktik karşı merkeze doğru uzanır, ardından gökyüzünün geri kalanını dolanıp yeniden Yay takımyıldızına kavuşarak gök küreyi kabaca eşit iki yarı küreye böler.

Galaktik düzlem, tutuluma (Güneş'in gökyüzündeki görünür yolu) yaklaşık 60° eğiktir. Gök ekvatoru ile yaptığı açı ise 63°dir.

Çıplak gözle gözlem

Samanyolu'nun gökyüzünü boydan boya kesen bir şerit halinde çıplak gözle görülebilmesi birkaç temel unsura bağlıdır:

• Samanyolu düzlemsel bir yapıya sahip olduğundan bu düzlemin içine, yani Galaktik Merkez'e doğru bakıldığında yüksek yoğunlukta bir yıldız topluluğu görülür. Bununla birlikte bu şeridin dışında kalan diğer yıldızlar da aslında Samanyolu'nun bir parçasıdır.
• Galaktik düzlem, Dünya'nın Güneş etrafındaki yörüngesini temsil eden tutulum düzlemine (ekliptik) göre 60 derece eğiktir. Bu nedenle şerit, gece gökyüzünde ufuk çizgisine belirli bir açıyla uzanır.
• Tüm gök cismi gözlemlerinde olduğu gibi Dünya'nın Güneş çevresindeki yörüngesi bakış yönümüzü etkiler. Gece gökyüzü, yörünge hareketinin yalnızca belirli bir bölümünde galaktik düzlemin merkezine dönük olur ve dolayısıyla gözlem koşulları mevsimlere göre değişiklik gösterir. Şerit aslında her zaman oradadır fakat yılın bir bölümünde Güneş ile aynı yönde (gündüz vakti) kaldığı için, parlaklığı Güneş'in ışığı altında silikleşip kaybolur.
• Yine diğer tüm gök cisimlerinde olduğu gibi Samanyolu da ufuktan doğar, yükselerek döner ve ardından ufkun ardına batar gibi görünür. Bu durum, şeridin görüş alanımıza girip çıkmasını sağlayan Dünya'nın kendi ekseni etrafındaki dönüşünden kaynaklanır.

Samanyolu'nun oluşturduğu ışık şeridini ve Galaktik Merkez'i görebilmek için aşağıdaki koşulların sağlanması gerekir:

• Karanlık gökyüzüne alışmış gözler (yaklaşık 30 dakika)
• Düşük ışık kirliliği (Bortle 4 veya daha altı)
• Ay ışığının çok az olması veya hiç olmaması (yeni ay evresi civarındaki 5 günlük zaman dilimi)
• Gözle hemen fark edilmese bile pus ve nem oranının düşük olması
• Gözlem yapılan yarım küreye uygun bir mevsimde bulunulması (örneğin Türkiye için en iyi dönem haziran-ağustos ayları arasıdır)
• Gecenin doğru vaktinde gözlem yapılması, çünkü diğer gök cisimlerine benzer şekilde Samanyolu da gece boyunca gökyüzünde doğup batar gibi yer değiştirir.
• Doğru yöne bakılması: Samanyolu, Kuzey Yarım Küre'de güney yönünde, Yay ve Akrep takımyıldızları arasında bulunur. Güney Yarım Küre'de ise Karina ve Erboğa takımyıldızlarının yakınında yer alır.

Antik Çağ ve çıplak gözle yapılan gözlemler

Antik Yunan filozofu Aristoteles (MÖ 384–322), Meteorologica adlı eserinde kendisinden önceki filozoflar Anaksagoras (MÖ yak. 500–428) ve Demokritos'un (MÖ 460–370) Samanyolu hakkındaki görüşlerini aktarır. Bu filozoflara göre Samanyolu, Güneş ışınlarının Dünya'nın gölgesi tarafından perdelenmesi sayesinde parıltısı seçilebilen yıldızların ışığıdır. Diğer yıldızların parıltısı ise doğrudan üzerlerine vuran Güneş ışınları tarafından bastırılmaktadır. Aristoteles'in kendi görüşüne göre ise Samanyolu, diğer yıldızlarla birlikte Dünya'nın üst atmosferinin bir parçasıydı. Üstelik bu yapı, yıldızların yanması sonucu ortaya çıkan ve atmosferin en dış katmanındaki konumu nedeniyle dağılmayarak gökyüzünde büyük bir daire meydana getiren bir yan üründü. Ayrıca Samanyolu'nun bu sütümsü görünümünün, Dünya atmosferindeki ışık kırılmasından kaynaklandığını ileri sürmüştür.

Daha sonra Yeni Platoncu filozof Genç Olympiodorus (MS yak. 495–570) bu görüşü eleştirdi. Olympiodorus'a göre eğer Samanyolu Ay-altı kürede (atmosferde) bulunsaydı, Dünya'nın farklı yer ve zamanlarında farklı görünmesi ve bir ıraklık açısına (paralaks) sahip olması gerekirdi. Oysa böyle bir durum söz konusu değildi ve dolayısıyla Samanyolu göksel bir yapıydı. Bu düşünce, ilerleyen dönemlerde İslam dünyasında da oldukça etkili olmuş ve Arap astronom İbnü'l-Heysem (965–1037) Samanyolu'nun ıraklık açısını gözlemleme ve ölçme girişiminde bulunmuştur. Samanyolu'nun tespit edilebilir bir ıraklık açısı olmadığını gören İbnü'l-Heysem, Aristoteles'in görüşüne karşı çıkarak bu yapının Dünya'dan çok uzakta yer aldığını ve atmosfere ait olmadığını tespit etmiştir.

İranlı astronom Birûni (973–1048), Samanyolu'nun "bulutsu yıldızların doğasına sahip sayısız parçanın birleşiminden" oluştuğunu öne sürdü. Endülüslü astronom İbn Bacce (ö. 1138) ise Samanyolu'nun pek çok yıldızdan oluştuğunu ancak Dünya atmosferindeki etkiler nedeniyle kesintisiz bir görüntü gibi algılandığını iddia etmiş, kanıt olarak da 1106 veya 1107 yıllarında gözlemlediği Jüpiter ve Mars kavuşumunu göstermiştir. İranlı astronom Nasirüddin Tûsi (1201–1274), Tezkire adlı eserinde şöyle yazmıştır: "Samanyolu yani Galaksi, yoğunlukları ve küçüklükleri nedeniyle bulutsu lekeler gibi görünen, çok sayıda küçük ve sıkıca kümelenmiş yıldızdan oluşur. Bu yapısından dolayı rengi süte benzetilmiştir." İbn Kayyim el-Cevziyye (1292–1350) de Samanyolu'nun "sabit yıldızlar feleğinde bir araya gelmiş çok sayıda küçük yıldızdan" oluştuğunu ifade etmiştir.

Teleskopla yapılan gözlemler

Samanyolu'nun sayısız yıldızdan oluşan devasa bir sistem olduğuna dair ilk kesin kanıt 1610 yılında Galileo Galilei'den geldi. Galileo, Samanyolu'nu incelemek için optik bir teleskop kullandığında, onun çok sayıda soluk yıldızın bir araya gelmesinden oluştuğunu keşfetti. 1755'te Immanuel Kant, astronom Thomas Wright'ın Samanyolu'nun balon şeklinde olduğuna dair fikrini yanlış yorumlayarak, Galaksinin devasa sayıdaki yıldızdan oluşan ve Güneş Sistemi'ne benzer şekilde (ancak çok daha büyük ölçekte) kütle çekim kuvvetleriyle bir arada tutulup dönen bir kütle olabileceğine dair (doğru bir) tahminde bulundu. Bu dönüşün sonucunda ortaya çıkan yıldız diski, diskin içindeki bizim bakış açımızdan gökyüzünde bir şerit şeklinde görünür. Wright ve Kant ayrıca gece gökyüzünde görülebilen bazı bulutsuların bizimkine benzeyen bağımsız "galaksiler" olabileceğini de ileri sürdüler. Kant, hem Samanyolu'nu hem de bu galaksi dışı bulutsuları tanımlamak için 1930'lara kadar geçerliliğini koruyacak olan "ada evrenler" terimini kullanmıştır.

Samanyolu'nun şeklini ve Güneş'in onun içindeki konumunu tanımlamaya yönelik ilk bilimsel girişim 1785 yılında William Herschel tarafından yapıldı. Herschel, gökyüzünün görünür bölgelerindeki yıldızları özenle sayarak Güneş Sistemi'ni merkeze yakın konumlandırdığı bir Samanyolu diyagramı hazırlamıştır.

1845'e gelindiğinde Lord Rosse, inşa ettiği yeni teleskop sayesinde daha önceleri yalnızca bulanık birer leke (bulutsu) olarak görülebilen yapıların içindeki münferit yıldız noktalarını ayırt etmeyi başardı. Böylece günümüzde Girdap Galaksisi (M51) olarak bilinen yapının sarmal doğasını ilk kez ortaya koydu.

Jacobus Kapteyn, 1904 yılında yıldızların öz devinimlerini incelerken hareketlerin o dönem inanıldığı gibi rastgele olmadığını, yıldızların neredeyse birbirine zıt yönlerde hareket eden iki ayrı akışa ayrılabileceğini belirtti. Daha sonraları Kapteyn'in bu verilerinin aslında Samanyolu'nun kendi ekseni etrafında döndüğünün ilk kanıtı olduğu anlaşıldı. Bu durum nihayetinde Bertil Lindblad ve Jan Oort'un galaktik dönüşü keşfetmelerine zemin hazırlamıştır.

Ancak Kapteyn, Güneş'in merkeze yakın olduğu küçük, elips biçimli bir galaksi modeli tasarlamıştı. Harlow Shapley ise küresel yıldız kümeleri üzerindeki çalışmalarından yola çıkarak Güneş'in merkezden çok uzakta yer aldığı devasa, yassı bir disk modeli öne sürdü. Ne var ki her iki model de hatalıydı, çünkü galaktik düzlemde yıldızlar arası tozun ışığı soğurmasını hesaba katmamışlardı. Bu belirsizlik ancak 1930'da Robert Julius Trumpler'ın açık yıldız kümeleri üzerinde çalışırken ışığın soğurulma etkisini ölçmesiyle çözülebilmiş ve günümüzdeki Samanyolu görünümünün temelleri atılabilmiştir.

1917'de Heber Doust Curtis, Büyük Andromeda Bulutsusu (Messier 31) içinde S Andromedae adında bir nova gözlemledi. Fotoğraf kayıtlarını taradığında 11 nova daha buldu. Curtis, bu novaların Samanyolu'nun içinde gerçekleşenlere kıyasla ortalama 10 kadir daha soluk olduğunu fark etti ve buradan yola çıkarak Andromeda Galaksisi için 150.000 parseklik bir uzaklık tahmini yaptı. Bu bulguyla birlikte, sarmal bulutsuların aslında bağımsız galaksiler olduğunu savunan "ada evrenler" hipotezinin önde gelen savunucularından biri haline geldi. 1920 yılında, Harlow Shapley ile Heber Curtis arasında Samanyolu'nun doğası, sarmal bulutsular ve evrenin boyutları üzerine tarihe geçen Büyük Tartışma gerçekleşti. Curtis, Büyük Andromeda Bulutsusu'nun bağımsız bir galaksi olduğu iddiasını desteklemek için, Samanyolu'ndaki toz bulutlarını andıran karanlık şeritlerin varlığına ve belirgin Doppler kaymasına dikkat çekti.

Bu tartışma 1920'lerin başında Edwin Hubble tarafından, Mount Wilson Gözlemevindeki 2,5 metrelik Hooker teleskobu kullanılarak kesin bir sonuca bağlandı. Hubble, bu yeni teleskobun ışık toplama gücü sayesinde çektiği fotoğraflarla bazı sarmal bulutsuların dış kısımlarının aslında münferit yıldız topluluklarından oluştuğunu ortaya koydu. Ayrıca bulutsulara olan uzaklığı tahmin etmek için bir ölçüt olarak kullanabileceği bazı Sefe değişeni yıldızlar tespit etti. Böylece Andromeda Bulutsusu'nun Güneş'ten 275.000 parsek uzaklıkta olduğunu ve dolayısıyla Samanyolu'nun bir parçası olamayacağını kanıtladı.

Uydu gözlemleri

Avrupa Uzay Ajansına (ESA) ait Gaia uzay aracı, yaklaşık bir milyar yıldızın ıraklık açısını belirleyerek çok hassas uzaklık tahminleri yapmakta ve Samanyolu'nun en güncel haritasını çıkarmaktadır.

Gaia'dan elde edilen veriler astronomi dünyasında çığır açıcı olarak nitelendirilmiştir. 1990'larda yaklaşık 2 milyon olan gözlemlenmiş yıldız sayısının Gaia sayesinde 2 milyara çıktığı tahmin edilmektedir. Ayrıca, ölçülebilir uzay hacmini yarıçap bakımından 100 katına, ölçüm hassasiyeti bakımından ise 1.000 katına çıkarmıştır.

2020 yılında yapılan bir araştırma, Gaia'nın galakside bir tür yalpalanma hareketi tespit ettiğini ortaya koymuştur. Bunun sebebi olarak "diskin dönüş ekseni ile küresel olmayan halenin ana ekseni arasındaki uyumsuzluğun yarattığı torklar, haleye sonradan düşerek biriken maddeler veya yakındaki uydu galaksilerle olan etkileşimler ile bunların yol açtığı gelgitler" gösterilmiştir. Nisan 2024'te ise Samanyolu'nun manyetik alanlarını içeren ilk çalışmalar ve bunlara bağlı çıkarılan haritalar yayımlanmıştır.

Güneş'in konumu ve yakın çevresi

Güneş, eskiden Gould Kuşağı olarak tanımlanan bölgedeki Radcliffe dalgası ile Yarık (Split) doğrusal yapılarının arasında, Yerel Kabarcık içindeki Yerel Bulut'ta ve Avcı Kolu'nun iç kenarına yakın bir konumda yer alır. Gillessen ve arkadaşlarının (2016) Sgr A* çevresindeki yıldız yörüngelerini inceledikleri çalışmaya göre Güneş, Galaktik Merkez'den yaklaşık 27,14 ± 0,46 kly (8,32 ± 0,14 kpc) uzaklıktadır. Boehle ve arkadaşları (2016) ise benzer bir yıldız yörüngesi analizine dayanarak bu mesafeyi daha düşük bir değerle, 25,64 ± 0,46 kly (7,86 ± 0,14 kpc) olarak hesaplamıştır. Güneş günümüzde, Galaktik disk merkez düzleminin 5-30 parsek (16-98 ly) yukarısında (kuzeyinde) bulunmaktadır. İçinde bulunduğumuz yerel kol ile bir sonraki dış kol olan Kahraman Kolu arasındaki mesafe ise yaklaşık 2.000 parsek (6.500 ly) kadardır. Güneş ve dolayısıyla Güneş Sistemi, Samanyolu'nun galaktik yaşanabilir bölgesinde yer almaktadır.

Güneş merkezli 15 parsek (49 ly) yarıçapındaki küresel hacim içinde, mutlak kadiri 8,5'ten daha parlak olan yaklaşık 208 yıldız bulunur (yoğunluk hesaplamasını saptırmaması için Güneş bu sayıya dahil edilmemiştir). Bu durum, her 69 kübik parseke veya her 2.360 kübik ışık yılına bir yıldız düştüğünü gösterir (Yakın parlak yıldızlar listesi verilerine göre). Öte yandan, Güneş'e 5 parsek (16 ly) mesafedeki alanda parlaklığına bakılmaksızın bilinen 64 yıldız yer alır (dört kahverengi cüce ve Güneş hariç). Bu oran da her 8,2 kübik parseke veya her 284 kübik ışık yılına yaklaşık bir yıldız düştüğü anlamına gelir (Yakın yıldızlar listesi verilerine göre). Bu sayılar, soluk yıldızların parlak yıldızlardan sayıca çok daha fazla olduğu gerçeğini açıkça ortaya koyar. Gökyüzünün tamamında görünür kadiri 4'ten daha parlak olan yalnızca 500 civarında yıldız varken görünür kadiri 14'ten daha parlak olan yaklaşık 15,5 milyon yıldız mevcuttur.

Güneş'in uzaydaki hareket doğrultusu olan Güneş apeksi (veya Güneş tepe noktası), Güneş'in Samanyolu'ndaki yerel durgunluk standardına göre ilerlediği yöndür. Güneş'in galaktik hareketinin genel yönü, Kuğu takımyıldızı yakınındaki Deneb yıldızına doğrudur ve bu doğrultu Galaktik Merkez'in yönüyle gökyüzünde yaklaşık 90 derecelik bir açı yapar. Güneş'in Samanyolu çevresindeki yörüngesinin genel hatlarıyla eliptik olması beklense de galaktik sarmal kollar ve düzensiz kütle dağılımları bu yörüngede sapmalara yol açar. Ayrıca Güneş, yörüngesindeki her bir turunda galaktik düzlemi yaklaşık 2,7 kez boydan boya geçer. Bu hareket, sönümleme kuvveti bulunmayan bir basit harmonik salınıcının hareketine oldukça benzer. Yakın zamana kadar bu salınımların Dünya'daki kitlesel yok oluş dönemleriyle çakıştığı düşünülüyordu. Ancak Güneş'in sarmal yapıdan geçişinin etkileri üzerine karbonmonoksit verilerine dayanılarak yapılan güncel analizlerde herhangi bir bağlantı tespit edilememiştir.

Güneş Sistemi'nin Samanyolu çevresindeki bir tam turunu tamamlaması yaklaşık 240 milyon yıl sürer ve bu süre bir galaktik yıl olarak adlandırılır. Bu nedenle Güneş'in varoluşundan bu yana 18 ila 20 tam tur attığı, insanlığın ortaya çıkışından bu yana ise bu turun yalnızca 1.250'de 1'ini tamamladığı tahmin edilmektedir. Güneş Sistemi'nin Samanyolu merkezi etrafındaki yörünge hızı saniyede yaklaşık 220 kilometredir ve bu değer ışık hızının yaklaşık %0,073'üne denk gelir. Güneş, helyosfer içinde saatte yaklaşık 84.000 km hızla ilerler. Güneş Sistemi bu hızla, 1 ışık yılı mesafeyi yaklaşık 1.400 yılda, 1 astronomik birimi (AU) ise 8 günde kateder. Ayrıca Güneş Sistemi, gökyüzünde tutulum çemberini izleyen burçlar kuşağı takımyıldızlarından Akrep takımyıldızı yönüne doğru yol almaktadır.

Galaktik çeyrek daireler

Galaktik çeyrek daire veya diğer adıyla Samanyolu çeyrek dairesi, galaksiyi dairesel olarak bölen dört dilimden her birini ifade eder. Astronomik uygulamalarda bu çeyrek dairelerin sınırları belirlenirken Güneş'i haritalama sisteminin başlangıç noktası kabul eden galaktik koordinat sistemi temel alınır.

Çeyrek daireler sıra sayılarıyla adlandırılır. Örneğin "1. galaktik çeyrek daire", "2. galaktik çeyrek daire" veya "Samanyolu'nun 3. çeyrek dairesi" gibi ifadeler kullanılır. Kuzey galaktik kutbundan bakıldığında, Güneş'ten başlayıp Galaktik Merkez'den geçen ışın 0° (sıfır derece) kabul edilir ve çeyrek daireler buna göre şu şekilde tanımlanır:

Galaktik çeyrek daire	Galaktik boylam (ℓ)	Kaynak
1.	0° ≤ ℓ ≤ 90°
2.	90° ≤ ℓ ≤ 180°
3.	180° ≤ ℓ ≤ 270°
4.	270° ≤ ℓ ≤ 360° (360° ≅ 0°)

Galaktik boylam (ℓ), Galaktik Merkez'in kuzeyinden bakıldığında saat yönünün tersine (pozitif dönme yönünde) artış gösterir. Bu kuzey bakış noktası, Dünya'dan yüz binlerce ışık yılı uzaklıkta ve Berenis'in Saçı takımyıldızı doğrultusunda yer alır. Galaktik Merkez'in güneyinden (yani Heykeltıraş takımyıldızı yönünde benzer bir uzaklıktan) bakıldığında ise galaktik boylam bu kez saat yönünde (negatif dönme yönünde) artar.

Boyut

Samanyolu, Andromeda Galaksisi ile birlikte Yerel Grup'ta yer alan en büyük iki galaksiden biridir. Bununla birlikte galaktik diskinin boyutu ve bu diskin, galaksinin izofot (eş ışık) çapını ne ölçüde belirlediği henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Galaksideki yıldızların büyük bir kısmının 26 kiloparsek (80.000 ışık yılı) çapındaki bir alan içine yayıldığı tahmin edilmektedir. İç diskin ölçek uzunluğuna dayalı bir üstel diskin ekstrapolasyonuna kıyasla, en dış diskin ötesindeki yıldız sayısı belirgin şekilde azalarak oldukça düşük seviyelere iner.

Astronomide bir galaksinin boyutunu belirlemek için çeşitli yöntemler kullanılır ve bu yöntemlerin her biri diğerlerine göre farklı sonuçlar verebilir. En sık başvurulan yöntem ise bir galaksinin B bandındaki (görünür tayfın mavi kısmında yer alan 445 nm dalga boyundaki ışık) fotometrik parlaklığının 25 mag/arcsec² değerine ulaştığı izofot eğrisini temel alan D₂₅ standardıdır. Goodwin ve arkadaşları (1997), diğer 17 sarmal galaksideki Sefe değişen yıldızlarının dağılımını Samanyolu'ndakilerle karşılaştırarak bu dağılımın yüzey parlaklığıyla ilişkisini modellemiştir. Üstel diskin galaktik diski iyi temsil ettiği varsayımından yola çıkılan bu çalışmada; galaksinin merkezi yüzey parlaklığı (μ₀) 22,1±0,3 B-mag/arcsec⁻² ve disk ölçek uzunluğu (h) 5,0 ± 0,5 kpc (16.300 ± 1.600 ly) kabul edildiğinde Samanyolu'nun izofot çapı 26,8 ± 1,1 kiloparsek (87.400 ± 3.600 ışık yılı) olarak hesaplanmıştır.

Ortaya çıkan bu değer, Andromeda Galaksisi'nin izofot çapından belirgin ölçüde küçüktür ve galaksilerin ortalama izofot boyutu olan 28,3 kpc (92.000 ly) değerinin de biraz altındadır. Bu makale, daha önceleri yaygın şekilde inanılanın aksine Samanyolu ve Andromeda galaksilerinin aşırı devasa sarmal galaksiler ya da bilinen en büyük galaksiler arasında yer almadığı, her ikisinin de sıradan ve ortalama sarmal galaksiler olduğu sonucuna varmaktadır. Samanyolu'nun göreli fiziksel ölçeğini karşılaştırmak gerekirse: Eğer Neptün'e kadar uzanan Güneş Sistemi 25 sentlik bir madeni para (yaklaşık 50 kuruş büyüklüğünde 24,3 mm) boyutunda olsaydı, Samanyolu kabaca Amerika Birleşik Devletleri anakarasının kuzeyden güneye uzanan en geniş mesafesine denk gelirdi. 1978 yılında yapılan çok daha eski bir araştırma ise Samanyolu'nun çapı için yaklaşık 23 kpc (75.000 ly) gibi daha düşük bir değer öne sürmüştür.

2015 yılında yayımlanan bir makalede, nispeten düz olan galaktik düzlemin altında ve üstünde dalgalanan, Üçgen-Andromeda Halkası (TriAnd Halkası) adında yıldızlardan oluşan halka benzeri ipliksi bir yapı olduğu belirtilmiştir. Bu yapının ve Tekboynuz Halkası'nın, temelde disk salınımlarından kaynaklandığı ve Samanyolu'nu sardığı öne sürülmüştür. Çapı en az 50 kpc (160.000 ly) olan bu halkanın aslında Samanyolu'nun dış diskinin bir parçası olabileceği, dolayısıyla yıldız diskini bu boyuta ulaştırarak genişlettiği düşünülmüştür. Ancak 2018 tarihli daha güncel bir araştırma bu hipotezi bir ölçüde çürütmüştür. Çalışma; Tekboynuz Halkası, A13 ve TriAnd Halkası'nın ana yıldız diskinden dışarı savrulmuş yıldız aşırı yoğunlukları olduğu sonucunu desteklemiştir. Bu bölgedeki RR Lyrae türü değişen yıldızların hız dağılımlarının yüksek çıkması da hale üyeliğiyle tutarlı bulunmuştur.

2018'de yapılan bir başka çalışma ise Galaktik Merkez'den yaklaşık 26-31,5 kpc (84.800-103.000 ly) veya daha uzak mesafelerde disk yıldızlarının bulunma olasılığının çok yüksek olduğunu ortaya koymuştur. Bu mesafe, geçmişte yıldız yoğunluğunun aniden düştüğüne inanılan yaklaşık 13-20 kpc (40.000-70.000 ly) sınırının oldukça ötesindedir. Oysa eskiden galaktik halenin yaşlı popülasyonuna ait olanlar haricinde, bu sınırın ötesinde neredeyse hiç yıldız bulunmadığı kabul edilmekteydi.

2020 yılında yapılan başka bir çalışma Samanyolu'nun karanlık madde halesi sınırının kabaca 292 ± 61 kpc (952.000 ± 199.000 ly) civarında olduğunu öngörmüştür ve bu değer toplamda 584 ± 122 kpc (1,905 ± 0,3979 Mly) bir çapa karşılık gelir. Ayrıca Samanyolu'nun yıldız diski kalınlığının yaklaşık 1,35 kpc (4.000 ly) seviyesine kadar ulaşabildiği tahmin edilmektedir.

Kütle

Galaksiyi tanımlamak için 200 kpc'lik bir sınır kabul edildiğinde Samanyolu'nun toplam kütlesi, Güneş'in yaklaşık 0,88 trilyon katı (8,8×10¹¹ M_☉) olarak hesaplanmaktadır. Bununla birlikte Samanyolu'nun kütlesine ilişkin tahminler, başvurulan yönteme ve kullanılan verilere bağlı olarak farklılık gösterir. Bu tahmin aralığının alt sınırı 5,8×10¹¹ M_☉ seviyesindedir ve bu değer, Andromeda Galaksisi'nin kütlesinden biraz daha düşüktür.

Very Long Baseline Array (VLBA) kullanılarak 2009 yılında yapılan ölçümlerde, Samanyolu'nun dış kenarındaki yıldızların hızının 254 km/s (570.000 mph) gibi yüksek değerlere ulaştığı belirlenmiştir. Yörünge hızının yörünge yarıçapı içindeki toplam kütleye bağlı olması, Samanyolu'nun sanılandan daha büyük bir kütleye sahip olduğuna işaret eder. Bu doğrultuda galaksi merkezinden 160.000 ly (49 kpc) mesafedeki kütlenin yaklaşık 7×10¹¹ M_☉ olduğu ve kabaca Andromeda Galaksisi'nin kütlesine denk geldiği öne sürülmüştür. 2010 yılında hale yıldızlarının dikey hızları üzerinden yapılan bir ölçümde, 80 kiloparseklik mesafe içinde kalan kütle 7×10¹¹ M_☉ olarak hesaplandı. 2014 yılındaki bir çalışmada Samanyolu'nun toplam kütlesi 8,5×10¹¹ M_☉ olarak tahmin edilse de bu miktar Andromeda Galaksisi'nin kütlesinin yalnızca yarısına karşılık gelmektedir. 2019 tarihli daha güncel bir çalışmada ise Samanyolu için 1,29×10¹² M_☉ değerinde bir kütle hesaplanmıştır.

Samanyolu kütlesinin büyük bir bölümünün, sıradan maddeyle yalnızca kütle çekimsel olarak etkileşime giren, görünmez ve mahiyeti henüz bilinmeyen karanlık maddeden meydana geldiği düşünülmektedir. Bir karanlık madde halesinin, Galaktik Merkez'den yüz kiloparsek (kpc) öteye kadar nispeten düzenli bir şekilde yayıldığı varsayılır. Samanyolu'nun matematiksel modelleri karanlık madde kütlesinin 1 ila 1,5×10¹² M_☉ arasında olduğuna işaret ederken 2013 ve 2014 yıllarındaki çalışmalar, 8×10¹¹ M_☉ ile 4,5×10¹² M_☉ arasında değişen çok daha geniş bir tahmin aralığı sunmuştur. Karşılaştırma yapmak gerekirse Samanyolu'ndaki tüm yıldızların toplam kütlesinin yalnızca 4,6×10¹⁰ M_☉ ile 6,43×10¹⁰ M_☉ arasında kaldığı tahmin edilmektedir.

Yıldızların yanı sıra galakside, kütlece %90'ı hidrojenden ve %10'u helyumdan oluşan yıldızlar arası bir gaz kütlesi de bulunur. Söz konusu hidrojenin üçte ikisi atomik biçimde, kalan üçte biri ise moleküler hidrojen formundadır. Samanyolu'nun yıldızlar arası gaz kütlesi, galaksideki yıldızların toplam kütlesinin %10'u ila %15'ini oluştururken yıldızlararası toz ise bu gaz kütlesine ilave olarak %1'lik bir orana karşılık gelir.

Mart 2019'da yayımlanan bir çalışmada, Samanyolu Galaksisi'nin yaklaşık 39,5 kpc (130.000 ly) yarıçap içindeki virial kütlesi 1,54×10¹² M_☉ olarak hesaplandı. Önceki çalışmalarda belirlenen değerin iki katından fazla olan bu sonuç, galaksi kütlesinin yaklaşık %90'ını karanlık maddenin oluşturduğunu göstermiştir.

Eylül 2023'te ise Gaia uzay aracından elde edilen verilere dayanan bir çalışma, Samanyolu Galaksisi'nin virial kütlesinin yalnızca 2,06×10¹¹ M_☉ olduğunu ortaya koydu. Bu değer, daha önceki çalışmalarda öngörülen kütlenin yalnızca onda birine karşılık gelmektedir.

Dönme eğrisi

Samanyolu'ndaki yıldızlar ve gaz, Galaktik Merkez etrafında diferansiyel dönme hareketi yapar yani dönme periyodu, bulunulan konuma göre değişiklik gösterir. Sarmal galaksilerde sıklıkla görüldüğü gibi, Samanyolu'ndaki çoğu yıldızın yörünge hızı merkeze olan uzaklıklarına sıkı sıkıya bağlı değildir. Merkezi şişkinlikten veya dış kenardan uzaktaki tipik bir yıldızın yörünge hızı 200 ila 220 km/s arasındadır. Bu nedenle tipik bir yıldızın yörünge periyodu, katettiği yolun uzunluğuyla kabaca doğru orantılıdır. Bu durum, iki cisimli kütle çekimi dinamiklerinin hakim olduğu ve farklı yörüngelerin belirgin hız farklarına sahip bulunduğu Güneş Sistemi'ndeki tablodan tamamen farklıdır. Grafikte gösterilen dönme eğrisi bu durumu açıkça yansıtmaktadır.

Eğer Samanyolu yalnızca yıldızlarda, gazlarda ve diğer baryonik (sıradan) maddelerde gözlemlenen kütleyi içerseydi, dönme hızı merkezden uzaklaştıkça azalırdı. Oysa gözlemlenen dönme eğrisi nispeten düz bir yapıya sahiptir ve bu durum, elektromanyetik radyasyonla doğrudan tespit edilemeyen ek bir kütlenin varlığına işaret eder. Bilim insanları bu tutarsızlığı karanlık maddenin varlığıyla açıklamaktadır. Samanyolu'nun dönme eğrisi, sarmal galaksilerin evrensel dönme eğrisi ile uyumludur ve bu uyum galaksilerde karanlık maddenin var olduğuna dair en güçlü kanıtı oluşturur. Alternatif olarak küçük bir bilim insanı grubu, gözlemlenen bu dönme eğrisinin kütle çekimi yasalarındaki olası bir değişiklikle (MOND) açıklanabileceğini öne sürmektedir.

Kendine özgü hız

Özel görelilik kuramı, uzayda Samanyolu'nu kıyaslayabileceğimiz "ayrıcalıklı" bir eylemsiz referans sistemi bulunmadığını belirtir. Buna karşın Samanyolu, kozmolojik referans sistemlerine göre belirli bir hıza sahiptir.

Bu referans sistemlerinden biri, uzayın genişlemesinden kaynaklanan galaksi kümelerinin görünür hareketlerini ifade eden Hubble akışıdır. Samanyolu da dahil olmak üzere tekil galaksiler, bu ortalama akışa kıyasla kendine özgü hızlara sahiptir. Dolayısıyla Samanyolu'nu Hubble akışıyla karşılaştırabilmek için evrenin genişlemesinin yerel ve rastgele hareketlere baskın geleceği kadar geniş bir hacim dikkate alınmalıdır. Yeterince büyük bir hacmin seçilmesi, o hacimdeki galaksilerin ortalama hareketinin Hubble akışına eşit olması anlamına gelir. Gök bilimciler, Samanyolu'nun bu yerel eş hareketli referans sistemine göre yaklaşık 630 km/s (1.400.000 mph) hızla ilerlediğini hesaplamaktadır.

Samanyolu genel olarak Büyük Çekici ile onun arkasında yer alan Shapley Süperkümesi ve diğer galaksi kümelerine doğru yol almaktadır. Aralarında Samanyolu ve Andromeda Galaksisi'nin de bulunduğu, kütle çekimsel olarak birbirine bağlı galaksilerden oluşan Yerel Grup, merkezi Başak Kümesi yakınlarında yer alan ve Yerel Süperküme adı verilen daha büyük bir yapının parçasıdır. Yerel Grup ile Başak Kümesi, Hubble akışının bir sonucu olarak birbirlerinden 967 km/s (2.160.000 mph) hızla uzaklaşmaktadır. Ne var ki aralarındaki 16,8 milyon parseklik mesafeye rağmen bu uzaklaşma hızı beklenenden daha düşüktür. Bunun temel nedeni, Yerel Grup ile Başak Kümesi arasındaki kütle çekim etkisidir.

Bir diğer referans sistemi, sıcaklığının Doppler kaymasıyla en az düzeyde bozulduğu (sıfır dipol momenti) kozmik mikrodalga arka plan ışıması (CMB) tarafından sağlanır. Samanyolu bu referans sistemine göre 552 ± 6 km/s (1.235.000 ± 13.000 mph) hızla hareket etmektedir. Bu hareketin yönü, Suyılanı takımyıldızının merkezine yakın olan 10,5 sağ açıklık ve −24° dik açıklık koordinatlarına doğrudur (J2000 dönemi). Bu hareket, Cosmic Background Explorer (COBE) ve Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) gibi uydular tarafından CMB'ye bir dipol katkısı olarak gözlemlenmiştir. Çünkü CMB referans sisteminde dengede bulunan fotonlar hareket doğrultusunda maviye kayarken zıt yönde ise kırmızıya kayar.

Samanyolu 100 ila 400 milyar yıldıza ve en az bu sayıda gezegene ev sahipliği yapar. Bu sayının kesin olarak belirlenebilmesi, özellikle Güneş'ten 300 ly (90 pc) mesafeyi aşan uzaklıklarda bulunan ve tespit edilmesi oldukça güç olan çok düşük kütleli yıldızların sayılmasına bağlıdır. Karşılaştırma yapmak gerekirse komşumuz Andromeda Galaksisi'nin yaklaşık bir trilyon (10¹²) yıldız içerdiği tahmin edilmektedir. Ayrıca Samanyolu'nun on milyar beyaz cüce, bir milyar nötron yıldızı ve yüz milyon yıldız kütleli kara delik barındırdığı düşünülmektedir. Yıldızların arasındaki boşluğu, yıldızlararası ortam adı verilen devasa bir gaz ve toz diski doldurur. Bu diskin yarıçapı, yıldızların yayıldığı alanla en az eş değer bir genişliğe sahiptir. Gaz katmanının kalınlığı ise soğuk gaz bölgelerinde yüzlerce ışık yılıyken sıcak gaz bölgelerinde binlerce ışık yılına kadar çıkabilmektedir.

Samanyolu'ndaki yıldız diskinin, ötesinde hiçbir yıldızın bulunmadığı keskin bir sınırı yoktur. Aksine, yıldız yoğunluğu Samanyolu'nun merkezinden uzaklaştıkça kademeli olarak azalır. Merkezden yaklaşık 40.000 ışık yılı (13 kpc) uzaklıktaki yarıçapın ötesine geçildiğinde, kübik parsek başına düşen yıldız sayısı çok daha hızlı bir düşüş gösterir. Galaktik diskin etrafını saran ve dışa doğru uzanan, yıldızlardan ve küresel yıldız kümelerinden oluşan küresel bir galaktik hale bulunur. Bu halenin boyutu, Samanyolu'nun iki uydu galaksisi olan Büyük ve Küçük Macellan Bulutları'nın yörüngeleriyle sınırlandırılmıştır. Bu bulutların Galaktik Merkez'e en yakın oldukları mesafe yaklaşık 180.000 ly (55 kpc) kadardır. Bu mesafede veya daha ötede yer alan çoğu hale cisminin yörüngesi Macellan Bulutları'nın kütle çekimsel etkisiyle bozulur ve bu tür cisimler büyük olasılıkla Samanyolu civarından dışarı savrulur. Samanyolu'nun bütünleşik mutlak görsel kadir değerinin −20,9 civarında olduğu tahmin edilmektedir.

Hem kütleçekimsel mikromercekleme hem de gezegen geçişi gözlemleri, Samanyolu'nda bir yıldıza bağlı gezegen sayısının en az yıldız sayısı kadar olabileceğini göstermektedir. Bunun yanında mikromercekleme ölçümleri, herhangi bir yıldıza bağlı olmayan yetim gezegenlerin sayısının yıldızlardan bile fazla olduğuna işaret eder. Kepler uzay gözlemevi tarafından beş gezegenli Kepler-32 yıldız sistemi üzerinde yapılan Ocak 2013 tarihli bir araştırmaya göre Samanyolu'nda yıldız başına ortalama en az bir gezegen düşmektedir ve bu veri galaksimizin toplam 100 ila 400 milyar gezegen barındırdığı anlamına gelmektedir. Kepler verilerine dayanan Ocak 2013 tarihli farklı bir analiz ise Samanyolu'nda Dünya boyutlarında en az 17 milyar ötegezegen bulunduğunu öngörmüştür.

Kasım 2013'te Kepler uzay teleskobu verilerine dayanan bir çalışmada, Samanyolu'ndaki Güneş benzeri yıldızların ve kırmızı cücelerin yaşanabilir bölgelerinde Dünya boyutlarında 40 milyara yakın gezegen bulunabileceği hesaplandı. Bu tahmini gezegenlerin yaklaşık 11 milyarının Güneş benzeri yıldızların yörüngesinde olduğu düşünülmektedir. 2016 yılında yapılan bir araştırmaya göre bilinen en yakın ötegezegen, 4,2 ışık yılı uzaklıktaki kırmızı cüce Proxima Centauri'nin yörüngesinde dolanmaktadır. Dünya boyutlarındaki bu tür gezegenler, küçük yapıları nedeniyle devasa uzaklıklardan tespit edilmeleri güç olsa da sayıca gaz devlerinden daha fazla olabilir. Ötegezegenlerin yanı sıra, Güneş Sistemi'nin ötesindeki kuyruklu yıldızlar olan ve "öte kuyruklu yıldızlar" olarak adlandırılan gök cisimleri de tespit edilmiştir ve bu cisimlerin Samanyolu'nda yaygın olduğu düşünülmektedir. Daha yakın bir tarihte, Kasım 2020'de yayımlanan bir çalışmada ise Samanyolu Galaksisi'nde yaşanabilir durumda 300 milyondan fazla ötegezegenin var olabileceği tahmin edilmiştir.

Evrendeki çok daha uzak diğer galaksilerle karşılaştırıldığında Samanyolu Galaksisi, ortalamanın altında bir nötrino parlaklığına sahiptir ve bu durum galaksimizi adeta bir "nötrino çölü" haline getirmektedir.

Samanyolu, etrafı yıldızlar ile gaz ve tozdan oluşan çarpık bir diskle çevrili, çubuk biçimli bir çekirdek bölgesinden meydana gelir. Samanyolu'nun içindeki kütle dağılımı, Hubble sınıflandırmasında nispeten gevşek sarılımlı kollara sahip sarmal galaksileri temsil eden Sbc türüne büyük ölçüde benzer. Gök bilimciler, Samanyolu'nun sıradan bir sarmal galaksiden ziyade bir çubuklu sarmal galaksi olabileceğini ilk kez 1960'lı yıllarda öngörmeye başladılar. Bu öngörüler, 2005 yılında Spitzer Uzay Teleskobu ile yapılan ve galaksinin merkezindeki çubuğun önceden sanılandan çok daha büyük olduğunu ortaya koyan gözlemlerle doğrulanmıştır.

Galaktik Merkez

Güneş, Galaktik Merkez'den 25.000-28.000 ly (7,7-8,6 kpc) uzaklıktadır. Bu değer, geometriye dayalı yöntemler kullanılarak veya standart mum işlevi gören belirli gök cisimlerinin ölçülmesiyle hesaplanır ve uygulanan farklı teknikler bu yaklaşık aralık içinde birbirinden farklı sonuçlar verebilir. Galaksinin iç kısımlarındaki birkaç kiloparseklik alanda (yaklaşık 10.000 ışık yılı yarıçapında), çoğunlukla yaşlı yıldızların meydana getirdiği küremsi ve yoğun bir yıldız kümelenmesi olan merkezi şişkinlik yer alır. Bazı araştırmacılar, geçmişte yaşanan galaksi çarpışmaları ve birleşmeleri nedeniyle Samanyolu'nun klasik anlamda bir şişkinliğe sahip olmadığını, bunun yerine yalnızca merkezi çubuğun oluşturduğu bir sözde şişkinliğe (pseudobulge) sahip olduğunu öne sürmüştür. Bununla birlikte literatürde, çubuktaki kararsızlıkların yarattığı yer fıstığı kabuğu biçimli yapı ile yaklaşık 0,5 kpc'lik yarı ışık yarıçapına sahip olması beklenen olası bir gerçek şişkinlik arasında belirgin bir kavram karmaşası bulunmaktadır.

Galaktik Merkez, Sagittarius A* adı verilen son derece güçlü bir radyo kaynağıyla öne çıkar. Merkezin etrafındaki maddelerin hareketleri, Sagittarius A*'nın devasa kütleli ve son derece kompakt bir cisme ev sahipliği yaptığını göstermektedir. Bu kütle yoğunluğu en iyi biçimde, kütlesi Güneş'in yaklaşık 4,1 ila 4,5 milyon katı olan bir süper kütleli kara delik ile açıklanır. Süper kütleli kara deliğin yığılma (madde çekme) hızı yılda yaklaşık 1×10^-5 M_☉ seviyesindedir ve bu değer, aktif olmayan bir galaksi çekirdeği modeliyle uyumludur. Gözlemler, normal galaksilerin çoğunun merkezinde süper kütleli kara deliklerin yer aldığını ortaya koymaktadır.

Samanyolu'nun merkezindeki çubuk yapısının doğası astronomi dünyasında aktif bir tartışma konusudur. Çubuğun yarı uzunluğunun 1 ila 5 kpc (3.000-16.000 ly) aralığında, Dünya'dan Galaktik Merkez'e uzanan görüş doğrultusuna göre sahip olduğu açının ise 10 ile 50 derece arasında olduğu tahmin edilmektedir. Bazı araştırmacılar, Samanyolu'nun birbiri içine geçmiş iki ayrı çubuğa sahip olduğunu savunur. Ancak RR Lyrae türü yıldızların dağılımı belirgin bir galaktik çubuk yapısıyla örtüşmemektedir. Bu çubuk, galaksimizdeki moleküler hidrojenin büyük bir kısmını ve yıldız oluşumu faaliyetlerinin çoğunu barındıran "5 kpc halkası" adında bir yapıyla çevrili olabilir. Eğer Samanyolu'na Andromeda Galaksisi'nden bakılabilseydi, bu halka galaksimizin en parlak unsuru olarak göze çarpardı. Çekirdekten yayılan X-ışını emisyonu ise merkez çubuğu çevreleyen büyük kütleli yıldızlarla ve Galaktik sırt ile aynı doğrultudadır.

Haziran 2023'te Naoko Kurahashi Neilson liderliğindeki bir gök bilimci ekibi, yeni bir kaskad (sağanak) nötrino tekniği kullanarak Samanyolu'nun galaktik düzleminden yayılan nötrinoları ilk kez saptamış ve galaksinin ilk nötrino görüntüsünü elde etmiştir.

Gama ışınları ve X ışınları

1970'ten bu yana yürütülen çeşitli gama ışını gözlem görevleri, Galaktik Merkez doğrultusundan gelen 511 keV enerjili gama ışınlarını tespit etmiştir. Bu gama ışınları, pozitronların elektronlarla bir araya gelerek birbirini yok etmesiyle ortaya çıkar. 2008 yılında gama ışını kaynaklarının dağılımının düşük kütleli X ışını çiftlerinin dağılımına benzediği saptandı. Bu durum, söz konusu X ışını çiftlerinin yıldızlar arası uzaya pozitron (ve elektron) yaydığına ve bu parçacıkların ortamda yavaşlayarak birbirini yok ettiğine işaret etmektedir. Bu gözlemler hem NASA hem de ESA uyduları tarafından gerçekleştirildi. 1970'te gama ışını dedektörleriyle yapılan ilk ölçümlerde, ışımanın geldiği bölgenin yaklaşık 10.000 ışık yılı genişliğinde ve Güneş'in yaklaşık 10.000 katı ışıma gücünde olduğu belirlenmiştir.

2010 yılında Fermi Gama Işını Uzay Teleskobu'ndan elde edilen veriler sayesinde Samanyolu çekirdeğinin kuzeyinde ve güneyinde yüksek enerjili gama ışıması yapan devasa boyutta iki küremsi baloncuk tespit edildi. Her birinin çapı yaklaşık 25.000 ışık yılı (7,7 kpc) olan bu baloncuklar (galaksinin tahmin edilen çapının yaklaşık dörtte biri), Güney Yarım Küre'nin gece gökyüzünde Turna ve Başak takımyıldızlarına kadar uzanır. Daha sonra Parkes Teleskobu ile radyo frekanslarında yapılan gözlemlerde, Fermi baloncuklarıyla ilişkili polarize bir ışıma belirlendi. Bu gözlemler astronomi dünyasında, Samanyolu'nun merkezinde 640 ly (200 pc) genişliğindeki bir alanda gerçekleşen yıldız oluşumlarının tetiklediği, mıknatıslanmış bir madde çıkışı olarak yorumlanmaktadır.

5 Ocak 2015'te NASA, Sagittarius A*'dan olağanın 400 katı parlaklıkta rekor düzeyde bir X ışını parlaması gözlemledi. Bu sıra dışı olayın, kara deliğe düşen bir asteroitin parçalanmasından veya Sagittarius A*'ya doğru çekilen gaz kütlesinin içindeki manyetik alan çizgilerinin birbirine dolanmasından kaynaklanmış olabileceği düşünülmektedir.

Sarmal kollar

Galaktik çubuğun kütleçekim alanının ötesinde, Samanyolu diski içindeki yıldızların ve yıldızlar arası ortamın yapısı dört sarmal koldan oluşan bir yapı sergiler. Sarmal kollar, galaksi ortalamasına kıyasla genellikle daha yüksek yoğunlukta yıldızlar arası gaz ve toz barındırır. Ayrıca H II bölgeleri ve moleküler bulutların varlığından anlaşıldığı üzere bu bölgelerde daha yoğun bir yıldız oluşumu faaliyeti gözlemlenir.

Samanyolu'nun sarmal yapısı hala belirsizliğini korumaktadır ve günümüzde kolların doğası hakkında henüz bir fikir birliğine varılamamıştır. Kusursuz logaritmik sarmal modeller, Güneş'in yakınlarındaki yapıları ancak kabataslak bir biçimde açıklayabilmektedir. Çünkü galaksiler genellikle dallara ayrılan, birleşen, beklenmedik şekilde bükülen ve belirli ölçüde düzensizlik barındıran kollara sahiptir. Güneş'in bir yan kol veya Yerel Kol içinde bulunma olasılığı bu tabloyu pekiştirirken benzer yapıların büyük olasılıkla yalnızca bize özgü olmadığını ve Samanyolu'nun başka yerlerinde de var olduğunu gösterir. Kolların eğim açısına dair tahminler yaklaşık 7° ile 25° arasında değişmektedir. Galaksi merkezinin yakınlarından başlayan dört sarmal kolun bulunduğu düşünülmektedir. Konumları görselde de gösterilen bu kollar şu şekilde adlandırılmıştır:

Kalkan-Güneyhaçı kolu ve Yay-Karina kolunun teğet noktaları, Güneş'in Samanyolu merkezi etrafındaki yörüngesinin içinde yer alır. Eğer bu kollar galaktik diskteki ortalama yıldız yoğunluğuna kıyasla bir yıldız aşırı yoğunluğu barındırıyorsa, teğet noktası yakınındaki yıldızların sayılmasıyla bu durum tespit edilebilir. Temel olarak kırmızı devlere duyarlı olan ve toz sönümlemesinden etkilenmeyen yakın kızılötesi ışıkla yapılan iki araştırma, Kalkan-Güneyhaçı kolunda öngörülen bu fazlalığı tespit etmiş ancak Yay-Karina kolunda bulamamıştır. Elde edilen verilere göre Kalkan-Güneyhaçı kolu, sarmal bir kolun olmadığı duruma kıyasla yaklaşık %30 daha fazla kırmızı dev içermektedir.

Bu gözlem, Samanyolu'nun aslında yıldız yoğunluğu yüksek yalnızca iki ana kola (Kahraman kolu ve Kalkan-Güneyhaçı kolu) sahip olduğunu düşündürmektedir. Geriye kalan kollar aşırı miktarda gaz barındırsalar da yaşlı yıldızlar bakımından bir fazlalığa sahip değildir. Aralık 2013'te yapılan bir araştırmada ise genç yıldızların ve yıldız oluşum bölgeleri dağılımının, Samanyolu'nun dört kollu sarmal tanımıyla örtüştüğü belirlenmiştir. Sonuç olarak Samanyolu, yaşlı yıldızların izi sürüldüğünde iki sarmal kola; gaz ve genç yıldızlar izlendiğinde ise dört sarmal kola sahip görünmektedir. Bu belirgin farklılığın nedeni ise henüz tam olarak anlaşılamamıştır.

Yakın 3 kpc kolu (Genişleyen 3 kpc kolu veya kısaca 3 kpc kolu olarak da bilinir), 1950'lerde gök bilimci van Woerden ve meslektaşları tarafından, H I'in (atomik hidrojen) 21 santimetrelik radyo ölçümleri aracılığıyla keşfedildi. Bu kolun, merkezi şişkinlikten 50 km/s'yi aşan bir hızla genişleyerek uzaklaştığı saptandı. Dördüncü galaktik çeyrekte yer alan bu yapı, Güneş'ten yaklaşık 5,2 kpc, Galaktik Merkez'den ise 3,3 kpc uzaklıktadır. Uzak 3 kpc kolu ise 2008 yılında gök bilimci Tom Dame (Harvard ve Smithsonian Astrofizik Merkezi) tarafından keşfedildi. Bu yapı, birinci galaktik çeyrekte ve Galaktik Merkez'den 3 kpc (yaklaşık 10.000 ışık yılı) uzaklıkta yer almaktadır.

2011 yılında yayımlanan bir simülasyon, Samanyolu'nun sarmal kol yapısını Yay Eliptik Cüce Galaksisi ile art arda yaşadığı çarpışmalar sonucunda kazanmış olabileceğini göstermiştir.

Samanyolu'nun iki farklı sarmal desen barındırdığı da ileri sürülmektedir: Yay kolu tarafından oluşturulan ve hızlı dönen bir iç desen ile Karina ve Kahraman kolları tarafından oluşturulan, daha yavaş dönen ve daha sıkı sarılmış bir dış desen. Farklı sarmal kolların dinamikleri üzerine yapılan sayısal simülasyonlarla desteklenen bu modele göre dış desen bir sözde halka (pseudoring) meydana getirir ve bu iki desen birbirine Kuğu kolu aracılığıyla bağlanır.

Büyük sarmal kolların hemen ötesinde, milyarlarca yıl önce diğer galaksilerden koparılmış gaz ve yıldızlardan oluşan Tekboynuz Halkası (veya Dış Halka) yer alır. Ancak son yıllarda bazı araştırmacılar, Tekboynuz yapısının Samanyolu'nun genişleyen ve eğrilen kalın diski tarafından oluşturulan bir yoğunluk fazlalığından ibaret olduğunu savunmuştur. Samanyolu diskinin yapısı, "S" eğrisi boyunca bükülmüş bir görünüme sahiptir.

Hale

Galaktik disk, yaşlı yıldızlardan ve küresel yıldız kümelerinden oluşan küremsi bir haleyle çevrilidir ve Samanyolu'ndaki karanlık maddenin büyük bir kısmı bu halenin içinde yer alır. Hale, en uzun ekseninin diskin yaklaşık 25° yukarısına ve Güneş'in 24° ilerisine doğru eğik olduğu, orta derecede üç eksenli bir yapıya sahiptir. Halenin yoğunluk dağılımı, yaklaşık 15 ve 30 kiloparsek (49 ve 98 kly) mesafelerde iki belirgin kırılma gösteren bir kuvvet yasasına uyar. Bununla birlikte Galaktik Merkez'e 200.000 ışık yılından daha uzak olan PAL 4 ve AM 1 gibi bazı küresel kümeler bu sınırların çok daha ötesinde yer almaktadır. Samanyolu'ndaki kümelerin yaklaşık %40'ı, galaksinin dönüş yönünün aksine hareket ettikleri ters yönlü yörüngelerde dolanır. Bir yıldızın çevresindeki eliptik yörüngede dolanan gezegenlerin aksine bu küresel kümeler, Samanyolu etrafında rozet biçimli yörüngeler izleyebilir.

Diskte belirli dalga boylarında görüşü engelleyen toz bulunurken hale bileşeni bu tür tozlar barındırmaz. Aktif yıldız oluşumu diskte (özellikle yoğunluğun yüksek olduğu sarmal kollarda) meydana gelir. Halede ise çökerek yıldıza dönüşebilecek soğuk gaz miktarı çok az olduğundan bu bölgede yıldız oluşumu gerçekleşmez. Benzer şekilde açık yıldız kümeleri de çoğunlukla disk bölgesinde yer alır.

21. yüzyılın başındaki bulgular, Samanyolu'nun yapısına ilişkin anlayışımıza yeni boyutlar kazandırmıştır. Andromeda Galaksisi (M31) diskinin önceden sanılandan çok daha ötelere uzandığının saptanması, Samanyolu diskinin de daha geniş olabileceği ihtimalini doğurdu. Bu ihtimal, Kuğu kolu'nun dış kol uzantısının ve benzer şekilde Kalkan-Güneyhaçı kolu uzantısının bulunmasıyla güç kazanmıştır. Yay Eliptik Cüce Galaksisi'nin keşfi, kutupsal yörüngesindeki bu cüce galaksinin Samanyolu ile etkileşime girip parçalanması sonucu ortaya çıkan bir galaktik enkaz şeridini de gözler önüne serdi. 2004 yılında Samanyolu çevresinde disk düzleminde dönen bir başka enkaz halkası tespit edildiğinde, bunun başlangıçta Büyük Köpek Cüce Galaksisi adı verilen bir sisteme ait olduğu düşünüldü. Ancak bazı gök bilimciler bu enkazın doğrudan galaktik bükülmeden kaynaklandığını ileri sürmüş ve bu görüş 2021 itibarıyla elde edilen daha güncel kanıtlarla da desteklenmiştir.

Kuzey Yarım Küre gökyüzünde yürütülen Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması, Samanyolu içinde mevcut galaksi modelleriyle uyuşmayan devasa ve dağınık bir yapının varlığını ortaya koymuştur. Dolunayın gökyüzünde kapladığı alanın yaklaşık 5.000 katı genişliğe yayılan bu yapıdaki yıldızlar, Samanyolu'nun sarmal kol düzlemine neredeyse dik bir açıyla yükselir. Bunun en muhtemel açıklaması, bir cüce galaksinin Samanyolu ile birleşme sürecinde olmasıdır. Bizden yaklaşık 30.000 ışık yılı (9 kpc) uzaklıkta ve Başak takımyıldızı yönünde bulunan bu galaksiye, şimdilik Başak Yıldız Akıntısı adı verilmiştir.

Gaz halesi

Yıldız halesinin yanı sıra Chandra X Işını Gözlemevi, XMM-Newton ve Suzaku uydularından elde edilen veriler, Samanyolu'nun büyük miktarda sıcak gaz barındıran bir gaz halesine de sahip olduğunu gösteren kanıtlar sağlamıştır. Yıldız halesinden çok daha öteye yüz binlerce ışık yılı uzağa uzanan bu gaz halesi, Büyük ve Küçük Macellan Bulutları'nın mesafesine kadar yaklaşır. Bu sıcak halenin kütlesi neredeyse Samanyolu'nun kendi toplam kütlesine denktir. Haledeki gazın sıcaklığı ise 1 ila 2,5 milyon K (1,8 ila 4,5 milyon °F) arasındadır.

Uzak galaksiler üzerinde yapılan gözlemler, evren henüz birkaç milyar yıl yaşındayken karanlık madde miktarının yaklaşık altıda biri kadar baryonik maddeye sahip olduğunu göstermektedir. Ancak Samanyolu gibi yakın galaksilere dayanılarak yapılan modern evren gözlemlerinde, bu baryonların yalnızca yarısının izine rastlanabilmektedir. Eğer hale kütlesinin Samanyolu'nun kütlesiyle kıyaslanabilir büyüklükte olduğu doğrulanırsa, galaksimizin çevresindeki kayıp baryonların nerede olduğu sorusu da aydınlanmış olacaktır.

Tarihçe

Samanyolu, 13,61 milyar yıl önce gerçekleşen Büyük Patlama'nın hemen ardından evrenin kütle dağılımındaki bir veya birkaç küçük aşırı yoğunluk bölgesi olarak ortaya çıkmıştır. Bu aşırı yoğunluk bölgelerinden bazıları, günümüz Samanyolu'ndaki en yaşlı yıldızların meydana geldiği küresel kümelerin çekirdeğini oluşturdu. Hatta Samanyolu'ndaki maddenin neredeyse yarısının, uzaklardaki diğer galaksilerden çekilmiş olabileceği düşünülmektedir. Bu yıldızlar ve kümeler, günümüzde Samanyolu'nun yıldız halesini meydana getirir. İlk yıldızların doğumundan sonraki birkaç milyar yıl içinde Samanyolu'nun kütlesi oldukça büyüdü ve galaksi nispeten hızlı bir şekilde kendi etrafında dönmeye başladı. Açısal momentumun korunumu ilkesi gereği bu hızlı dönüş, kabaca küremsi bir yapıya sahip olan gaz halindeki yıldızlar arası ortamın çökerek bir disk biçimini almasına yol açtı. Sonuç olarak sonraki nesil yıldızların büyük kısmı bu sarmal disk içinde meydana gelmiştir. Güneş'in de aralarında bulunduğu daha genç yıldızların büyük bir bölümü günümüzde hala bu diskin içinde yer alır.

İlk yıldızların oluşmaya başlamasından bu yana Samanyolu, hem (özellikle erken büyüme evresindeki) galaksi birleşmeleriyle hem de galaktik haleden doğrudan gaz çekerek büyümeyi sürdürdü. Galaksi günümüzde de en büyük iki uydu galaksisi olan Büyük Macellan Bulutu ve Küçük Macellan Bulutu başta olmak üzere birkaç küçük galaksiden Macellan Akıntısı aracılığıyla madde çekmeye devam etmektedir. Doğrudan gaz yığılması süreci ise Smith Bulutu gibi yüksek hızlı bulutlarda halen gözlemlenir.

Kozmolojik simülasyonlar, Samanyolu'nun 11 milyar yıl önce Kraken adı verilen büyük bir galaksiyle birleştiğini göstermektedir. Öte yandan Samanyolu'nun en dış bölgelerindeki yıldız kütlesi, açısal momentum ve metallik gibi özellikleri son 10 milyar yıl boyunca büyük bir galaksiyle birleşme yaşamadığına işaret eder. Benzer türdeki sarmal galaksiler arasında yakın geçmişte böylesine büyük birleşmelerin görülmemesi sıra dışı bir durumdur. Komşu Andromeda Galaksisi ise nispeten büyük galaksilerle yaşadığı daha yakın zamanlı birleşmelerle şekillenen çok daha tipik bir geçmişe sahiptir.

Güncel araştırmalara göre hem Samanyolu hem de Andromeda Galaksisi, galaksi renk-kadir diyagramında "yeşil vadi" olarak bilinen bölgede yer almaktadır. Bu bölge, aktif olarak yeni yıldızlar oluşturan "mavi bulut" aşamasından, yıldız oluşumunun tamamen durduğu "kırmızı kol" aşamasına geçiş yapan galaksilerin bulunduğu bir ara evredir. Yeşil vadi galaksilerindeki yıldız oluşum faaliyeti, yıldızlar arası ortamdaki gaz tükendikçe giderek yavaşlar. Benzer özelliklere sahip simüle edilmiş galaksi modellerine göre, Samanyolu ile Andromeda Galaksisi arasındaki gelecekteki çarpışmanın yıldız oluşum hızında kısa vadeli bir artış yaratması beklense dahi, bu sürecin sonunda (günümüzden yaklaşık beş milyar yıl sonra) yıldız oluşumu tamamen duracaktır. Samanyolu'na benzeyen diğer galaksiler üzerinde yapılan ölçümler, galaksimizin halen yeni yıldızlar oluşturan en kırmızı ve en parlak sarmal galaksilerden biri olduğunu ve kırmızı koldaki en mavi galaksilerden yalnızca biraz daha mavi göründüğünü ortaya koymaktadır.

Yaş ve kozmolojik geçmiş

Küresel yıldız kümeleri, Samanyolu'ndaki en yaşlı gök cisimleri arasında yer alır ve bu durum galaksinin yaşı için bir alt sınır belirler. Samanyolu'ndaki münferit yıldızların yaşları, toryum-232 ve uranyum-238 gibi uzun ömürlü radyoaktif elementlerin bolluğu ölçülüp bu değerlerin elementlerin başlangıçtaki tahmini bolluklarıyla karşılaştırılmasıyla hesaplanabilir. Nükleokozmokronoloji adı verilen bu yöntemle CS 31082-001 için yaklaşık 12,5 ± 3 milyar yıl, BD +17° 3248 için ise 13,8 ± 4 milyar yıl değerleri elde edilmiştir.

Bir beyaz cüce oluştuktan sonra ışıma yoluyla (radyatif olarak) soğumaya başlar ve yüzey sıcaklığı sürekli olarak düşer. En soğuk beyaz cücelerin sıcaklıkları ölçülüp beklenen başlangıç sıcaklıklarıyla karşılaştırılarak bir yaş tahmini yapılabilir. Bu teknik kullanılarak M4 küresel kümesinin yaşı 12,7 ± 0,7 milyar yıl olarak hesaplanmıştır. Bu kümelerin en yaşlıları üzerinde yapılan çalışmalar en uygun yaşın 12,6 milyar yıl olduğunu, %95 güven aralığında ise üst sınırın 16 milyar yıla kadar çıktığını göstermektedir.

Kasım 2018'de gök bilimciler evrendeki en yaşlı yıldızlardan birini keşfetti. Yaklaşık 13,5 milyar yaşında olan 2MASS J18082002-5104378 B, neredeyse tamamen Büyük Patlama'dan arta kalan maddelerden oluşmuş, küçük ve aşırı metal fakiri (UMP) bir yıldızdır ve muhtemelen ilk yıldızlardan biridir. Samanyolu Galaksisi'nde böyle bir yıldızın bulunması, galaksinin daha önce düşünülenden en az 3 milyar yıl daha yaşlı olabileceğini ortaya koymaktadır.

Samanyolu'nun halesinde, hesaplanan yaşları 13,80 milyar yıllık evrenin yaşına çok yakın olan birçok münferit yıldız bulunmuştur. 2007 yılında galaktik haledeki bir yıldız olan HE 1523-0901'in yaklaşık 13,2 milyar yaşında olduğu belirlendi. O dönemde Samanyolu'nda bilinen en yaşlı gök cismi olarak kayda geçen bu ölçüm, galaksinin yaşı için bir alt sınır oluşturmuştur. Bu tahmin, Çok Büyük Teleskop'un UV-Görsel Echelle Spektrografı (UVES) ile r-süreci sonucunda meydana gelen toryum ve diğer elementlerin oluşturduğu spektral çizgilerin bağıl şiddetleri ölçülerek yapıldı. Çizgi şiddetleri, farklı element izotoplarının bolluk oranlarını verir ve bu oranlardan yola çıkılarak nükleokozmokronoloji yöntemiyle yıldızın yaşı hesaplanır. Başka bir yıldız olan HD 140283'ün yaşı ise yapılan farklı araştırmalarda 13,7 ± 0,7 milyar yıl, 12,2 ± 0,6 milyar yıl veya 12,0 ± 0,5 milyar yıl olarak tahmin edilmiştir.

Dünya atmosferindeki bozulmaları düzeltmek için uyarlanabilir optik kullanılarak yapılan gözlemlere göre, galaksinin şişkinliğinde bulunan yıldızlar yaklaşık 12,8 milyar yaşındadır.

Galaktik ince diskteki yıldızların yaşı da nükleokozmokronoloji kullanılarak belirlenmiştir. İnce disk yıldızlarının ölçümleri, bu diskin 8,8 ± 1,7 milyar yıl önce oluştuğunu göstermektedir. Bu bulgular, galaktik halenin oluşumu ile ince diskin meydana gelişi arasında neredeyse 5 milyar yıllık bir duraklama dönemi yaşandığını düşündürür. Binlerce yıldızın kimyasal işaretleri üzerine yapılan analizler, disk oluşumu sırasında (10 ila 8 milyar yıl önce) yıldızlar arası gazın yeni yıldızlar oluşturamayacak kadar sıcak olması nedeniyle yıldız oluşum hızının yaklaşık bir büyüklük mertebesi azaldığına işaret etmektedir.

Samanyolu'nu çevreleyen uydu galaksiler uzayda rastgele dağılmamıştır. Aksine daha büyük bir sistemin parçalanmasıyla ortaya çıkan 500.000 ışık yılı çapında ve 50.000 ışık yılı genişliğinde bir halka yapısı sergiler. Galaksiler arasındaki yakın karşılaşmalar (yaklaşık 4 milyar yıl sonra Andromeda Galaksisi ile yaşanması beklenen çarpışma gibi) devasa gaz kuyruklarının kopmasına yol açabilir. Bu gaz kuyrukları zamanla birleşerek, ana diske herhangi bir açıyla eğim yapabilen bir halka boyunca cüce galaksileri meydana getirebilir.

Birer dev sarmal galaksi olan Samanyolu ile Andromeda Galaksisi, kütle çekimsel olarak birbirine bağlı yaklaşık 50 galaksiden oluşan Yerel Grup içinde ikili sistem oluşturur. Yerel Grup ise Yerel Boşluk ile çevrilidir ve kendisi de Yerel Katman'ın, dolayısıyla Başak Süperkümesi'nin bir parçasını meydana getirir. Başak Süperkümesi'nin etrafında, içinde çok az galaksi barındıran çeşitli boşluklar yer alır. Bunlar; "kuzeyde" Mikroskop Boşluğu, "solda" Heykeltıraş Boşluğu, "sağda" Çoban boşluğu ve "güneyde" Büyük Köpek Boşluğu'dur. Bu boşluklar zamanla şekil değiştirerek galaksilerden oluşan ipliksi yapılar meydana getirir. Örneğin Başak Süperkümesi, Büyük Çekici'ye doğru çekilmektedir. Büyük Çekici ise Laniakea adı verilen çok daha devasa bir yapının parçasını oluşturur.

Yerel Grup'ta bulunan iki küçük galaksi ve çeşitli cüce galaksiler Samanyolu'nun yörüngesinde dolanır. Bunların en büyüğü, 32.200 ışık yılı çapa sahip olan Büyük Macellan Bulutu'dur. Bu galaksinin hemen yakınında ise Küçük Macellan Bulutu yer alır. Macellan Akıntısı, bu iki küçük galaksiden gökyüzünde 100°'lik bir alana yayılan nötr hidrojen gaz akıntısıdır. Bu akıntının, Samanyolu ile yaşanan gelgit etkileşimleri sonucunda Macellan Bulutları'ndan koparılarak sürüklendiği düşünülmektedir. Samanyolu'nun yörüngesinde dolanan cüce galaksilerden bazıları şunlardır: Büyük Köpek Cüce Galaksisi (en yakın olanı), Yay Eliptik Cüce Galaksisi, Küçük Ayı Cüce Galaksisi, Heykeltıraş Cüce Galaksisi, Altılık Cüce Galaksisi, Ocak Cüce Galaksisi ve Aslan I Cüce Galaksisi.

Samanyolu'nun etrafındaki en küçük cüce galaksilerin çapı yalnızca 500 ışık yılıdır. Bunlar arasında Karina Cüce Galaksisi, Ejderha Cüce Galaksisi ve Aslan II Cüce Galaksisi bulunur. 2015 yılında gece gökyüzünün nispeten küçük bir bölgesinde Samanyolu'na ait dokuz yeni uydu galaksinin keşfedilmesi, galaksimize dinamik olarak bağlı ancak henüz tespit edilememiş başka cüce galaksilerin de bulunabileceğini göstermiştir. Ayrıca Samanyolu geçmişte Omega Centauri kümesinin öncülü gibi bazı cüce galaksileri yutarak kendi bünyesine katmıştır.

2005 yılında yapılan ve 2012'de teyit edilen araştırmalarda, Samanyolu'nun uydu galaksilerinin büyük bir bölümünün devasa bir disk düzleminde yer aldığı ve aynı yönde dolandığı ortaya konmuştur. Standart kozmolojiye göre uydu galaksilerin karanlık madde haleleri içinde oluşması, uzaya geniş çapta dağılması ve rastgele yönlerde hareket etmesi gerektiğinden bu bulgu şaşkınlık yarattı. Ortaya çıkan bu tutarsızlık günümüzde hala tam olarak açıklanabilmiş değildir.

Ocak 2006'da yapılan bir araştırmada Samanyolu diskinde o güne dek açıklanamayan bükülmenin haritası çıkarıldı ve bu yapının, Büyük ve Küçük Macellan Bulutları'nın Samanyolu kenarlarından geçerken oluşturdukları bir dalgalanma veya titreşimden kaynaklandığı belirlendi. Toplam kütleleri Samanyolu kütlesinin yalnızca %2'sine denk gelen bu iki galaksinin, önceleri Samanyolu'nu böylesine etkileyebilecek kadar büyük olmadığı düşünülüyordu. Ancak bir bilgisayar simülasyonunda, bu iki galaksinin hareketinin karanlık madde içinde bir iz (dümen suyu etkisi) oluşturduğu ve bu durumun Samanyolu üzerindeki kütleçekim etkilerini belirgin biçimde artırdığı görüldü.

Güncel ölçümler, Andromeda Galaksisi'nin Samanyolu'na 100 ila 140 km/s (220.000 ila 310.000 mph) hızla yaklaştığını göstermektedir. İki galaksinin birbirine göre hareketlerindeki henüz bilinmeyen yan bileşenlerin etki derecesine bağlı olarak, yaklaşık 4,3 milyar yıl sonra bir Andromeda-Samanyolu çarpışması yaşanabilir. Bu çarpışma gerçekleştiği takdirde galaksilerin içindeki münferit yıldızların birbiriyle doğrudan çarpışma ihtimali son derece düşüktür. Bunun yerine iki galaksi yaklaşık altı milyar yıl sürecek bir birleşmeyle tek bir dev eliptik galaksiye veya muhtemelen büyük bir disk galaksisine dönüşecektir.