Протогалактика - Protogalaxy
В физической космологии , A протогалактика , который также может быть назван « первобытной галактики », представляет собой облако газа , который формируется в галактику . Считается, что скорость звездообразования в этот период галактической эволюции будет определять, будет ли галактика спиральной или эллиптической ; более медленное звездообразование имеет тенденцию производить спиральную галактику. Меньшие сгустки газа в протогалактике превращаются в звезды .
Сам термин «протогалактика» обычно означает «прародители современных (нормальных) галактик на ранних стадиях формирования». Однако «ранние этапы становления» - это не совсем определенная фраза. Это можно было бы определить как: «Первая крупная вспышка звездообразования в прародительнице современной эллиптической галактики»; «Пик слияние эпохи из темных ореолов фрагментов , которые собирают для получения средней галактики сегодня»; «Еще газообразное тело до того, как произошло звездообразование.»; или «сверхплотная область темной материи в очень ранней Вселенной , которой суждено стать гравитационно связанной и схлопнуться».
Формирование
Считается, что ранняя Вселенная началась с почти однородного распределения (каждая частица на равном расстоянии от следующей) материи и темной материи. Затем темная материя начала слипаться под действием гравитационного притяжения из-за начального спектра возмущения плотности, вызванного квантовыми флуктуациями . Это происходит из принципа неопределенности Гейзенберга, который показывает, что могут быть крошечные временные изменения количества энергии в пустом пространстве. Пары частицы / античастицы могут образовываться из этой энергии посредством эквивалентности массы и энергии , а гравитационное притяжение заставляет другие близлежащие частицы двигаться к ней, нарушая равномерное распределение и создавая центр тяжести, притягивая близлежащие частицы ближе. Когда это происходит при нынешнем размере Вселенной, это незначительно, но состояние этих крошечных флуктуаций, когда Вселенная начинала расширяться из одной точки, оставило впечатление, которое увеличивалось по мере расширения Вселенной, что приводило к большим областям повышенной плотности. Гравитация этих более плотных сгустков темной материи затем заставила близлежащую материю начать падать в более плотную область. Сообщается, что подобный процесс наблюдался и анализировался Nilsson et al. в 2006 году. Это привело к образованию облаков газа, преимущественно водорода , и первые звезды начали формироваться внутри этих облаков. Эти облака газа и ранних звезд, во много раз меньше нашей галактики, были первыми протогалактиками.
Установленная теория гласит, что группы малых протогалактик были притянуты вместе гравитацией и столкнулись, что привело к образованию гораздо более крупных «взрослых» галактик, которые мы имеем сегодня. Это следует за процессом иерархической сборки, который представляет собой непрерывный процесс, при котором более крупные тела постоянно образуются из слияния более мелких.
Характеристики
Сочинение
Поскольку ранее не существовало звездообразования для создания других элементов, протогалактики почти полностью состояли из водорода и гелия. Водород будет связываться с образованием молекул H 2 , за некоторыми исключениями. Это изменится, когда начнется звездообразование, и в процессе ядерного синтеза будет производиться больше элементов .
Механика
Как только протогалактика начинает формироваться, все частицы, связанные ее гравитацией, начинают свободно падать к ней. Время, необходимое для завершения этого свободного падения, можно приблизительно оценить с помощью уравнений свободного падения . Большинство галактик завершили стадию свободного падения, чтобы стать стабильными эллиптическими или дисковыми галактиками, при этом для полного формирования дисков требуется больше времени. Формирование скоплений галактик занимает гораздо больше времени и продолжается до сих пор. На этой стадии галактики также приобретают большую часть своего углового момента . Протогалактика приобретает это из-за гравитационного влияния соседних плотных сгустков в ранней Вселенной, и чем дальше газ находится от центра, тем большее вращение он получает.
Яркость
Светимость протогалактик исходит из двух источников. Прежде всего, это излучение от ядерного синтеза водорода в гелий в ранних звездах. Считается, что эта ранняя вспышка звездообразования сделала светимость протогалактики сопоставимой со светимостью современной галактики со вспышкой звездообразования или квазара . Другой - высвобождение избыточной гравитационной энергии связи . Первичная длина волны, ожидаемая от протогалактики, - это разновидность УФ-излучения, называемая Лайман-альфа , которая представляет собой длину волны, излучаемую газообразным водородом, когда он ионизируется излучением звезды.
Обнаружение
Протогалактики теоретически можно увидеть и сегодня, поскольку свету из самых дальних уголков Вселенной требуется очень много времени, чтобы достичь Земли, в некоторых местах достаточно долго, чтобы мы могли видеть их на стадии, когда они заселены протогалактиками. За последние 30 лет было много попыток найти протогалактики с помощью телескопов из-за ценности такого открытия для подтверждения того, как формируются галактики, но огромное расстояние, на которое должен пройти свет, должен быть достаточно старым, чтобы исходить из протогалактики. очень большой. Это, в сочетании с тем фактом, что длина волны Лайман-альфа довольно легко поглощается пылью, заставило некоторых астрономов думать, что протогалактики могут быть слишком тусклыми, чтобы их можно было обнаружить.
В 1996 году кандидат в протогалактику был открыт Йи и др. используя Канадскую сеть наблюдательной космологии (CNOC). Объект представлял собой дискообразную галактику с большим красным смещением и очень высокой светимостью. Позже обсуждалось, что невероятная светимость была вызвана гравитационным линзированием скопления галактик на переднем плане .
В 2006 г. K. Nilsson et al. сообщил о находке "капли", испускающей УФ-излучение Лайман-альфа. Анализ пришел к выводу, что это было гигантское облако газообразного водорода, падающее на сгусток темной материи в ранней Вселенной, создавая протогалактику.
В 2007 году Майкл Раух и др. использовали VLT для поиска сигнала от межгалактического газа, когда они заметили десятки дискретных объектов, испускающих большое количество УФ-излучения типа Лайман-альфа. Они пришли к выводу, что эти 27 объектов были примерами протогалактик 11 миллиардов лет назад.