Протогалактика
В физической космологии протогалактика , , которую также можно назвать « первобытной галактикой », представляет собой облако газа формирующееся в галактику . Считается, что скорость звездообразования в этот период галактической эволюции будет определять, будет ли галактика спиральной или эллиптической галактикой ; более медленное звездообразование имеет тенденцию образовывать спиральную галактику. Меньшие сгустки газа в протогалактике формируются в звезды .
Сам термин «протогалактика» обычно означает «прародители современных (нормальных) галактик, находящихся на ранних стадиях формирования». Однако «ранние стадии формирования» — это не четко определенная фраза. Его можно определить так: «Первая крупная вспышка звездообразования в прародительнице современной эллиптической галактики»; «Пиковая эпоха слияния темных ореолов фрагментов, которые сегодня собираются, образуя среднюю галактику»; «Тело, еще находящееся в газообразном состоянии до того, как произошло звездообразование»; или «чрезмерно плотная область темной материи в самой ранней Вселенной , которой суждено стать гравитационно связанной и коллапсировать». [1]
Формирование
[ редактировать ]Считается, что ранняя Вселенная началась с почти равномерного распределения (каждая частица находилась на равном расстоянии от следующей) материи и темной материи. Затем темная материя начала слипаться под действием гравитационного притяжения из-за начального спектра возмущений плотности, вызванного квантовыми флуктуациями . [1] Это вытекает из принципа неопределенности Гейзенберга , который показывает, что могут быть крошечные временные изменения в количестве энергии в пустом пространстве. [ нужна ссылка ] Пары частица/ античастица 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 нынешних размерах Вселенной, это незначительно, но состояние этих крошечных флуктуаций, когда Вселенная начала расширяться из одной точки, оставило впечатление, которое увеличивалось по мере расширения Вселенной, что приводило к образованию больших областей повышенной плотности. Гравитация этих более плотных сгустков темной материи привела к тому, что близлежащая материя начала падать в более плотную область. [2] Сообщается, что такого рода процесс наблюдался и анализировался Нильссоном и др. в 2006 году. [3] [4] Это привело к образованию облаков газа, преимущественно водорода , и внутри этих облаков начали формироваться первые звезды. Эти облака газа и ранних звезд, во много раз меньшие нашей галактики, были первыми протогалактиками. [5]
Устоявшаяся теория состоит в том, что группы маленьких протогалактик были стянуты вместе гравитацией и столкнулись, что привело к образованию гораздо более крупных «взрослых» галактик, которые мы имеем сегодня. [5] Это следует за процессом иерархической сборки, который представляет собой непрерывный процесс, в котором более крупные тела постоянно формируются в результате слияния более мелких. [1] [6]
Характеристики
[ редактировать ]Состав
[ редактировать ]Поскольку ранее не было звездообразования для создания других элементов, протогалактики почти полностью состояли бы из водорода и гелия. Водород будет связываться с образованием молекул H 2 , за некоторыми исключениями. [7] Ситуация изменится, когда начнется звездообразование и будет производиться больше элементов в процессе ядерного синтеза .
Механика
[ редактировать ]Как только протогалактика начинает формироваться, все частицы, связанные ее гравитацией, начинают свободно падать к ней. Время, необходимое для завершения этого свободного падения, можно аппроксимировать с помощью уравнений свободного падения . Большинство галактик завершили эту стадию свободного падения и превратились в стабильные эллиптические или дисковые галактики, причем для полного формирования дисков требуется больше времени. Формирование скоплений галактик занимает гораздо больше времени и продолжается до сих пор. [1] На этом этапе галактики также приобретают большую часть своего углового момента . Протогалактика приобретает это из-за гравитационного влияния соседних плотных сгустков ранней Вселенной, и чем дальше газ находится от центра, тем большее вращение он приобретает. [8]
Яркость
[ редактировать ]Светимость протогалактик происходит из двух источников. Прежде всего, это излучение от ядерного синтеза водорода в гелий в ранних звездах. Считается, что этот ранний всплеск звездообразования сделал светимость протогалактики сравнимой со светимостью современной галактики со звездообразованием или квазара . Другой — высвобождение избыточной энергии гравитационной связи . [1] Основная 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. [1] [5]
Обнаружение
[ редактировать ]Протогалактики теоретически все еще можно увидеть сегодня, поскольку свету из самых дальних уголков Вселенной требуется очень много времени, чтобы достичь Земли, а в некоторых местах достаточно долго, чтобы мы могли видеть их на стадии, когда они заселены протогалактиками.За последние 30 лет было предпринято множество попыток найти протогалактики с помощью телескопов из-за ценности такого открытия для подтверждения того, как формируются галактики, но огромное расстояние, которое должен пройти любой свет, чтобы стать достаточно старым, чтобы прийти из протогалактики. очень велик. Это, в сочетании с тем фактом, что длина волны Лайман-альфа довольно легко поглощается пылью, заставило некоторых астрономов думать, что протогалактики могут быть слишком слабыми, чтобы их можно было обнаружить. [9]
В 1996 году Йи и др. открыли кандидата в протогалактику. с использованием Канадской сети наблюдательной космологии (CNOC). Объект представлял собой дискообразную галактику с высоким красным смещением и очень высокой светимостью. [10] Позже обсуждалось, что невероятная светимость была вызвана гравитационным линзированием на переднем плане галактического скопления . [11]
В 2006 г. К. Нильссон и др. сообщил об обнаружении «капли», излучающей альфа-УФ-излучение Лаймана. Анализ пришел к выводу, что это было гигантское облако газообразного водорода, упавшее на сгусток темной материи в ранней Вселенной, создав протогалактику. [3] [4]
В 2007 году Майкл Раух и др. [12] использовали VLT для поиска сигнала от межгалактического газа, когда обнаружили десятки отдельных объектов, излучающих большое количество УФ-излучения типа Лайман-альфа. Они пришли к выводу, что эти 27 объектов были примерами протогалактик, существовавших 11 миллиардов лет назад. [5]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж Джорджовский, С.Г. (2001). Энциклопедия астрономии и астрофизики . Том. 3 (1-е изд.). Дом Дирака, Темпл Бэк, Бристоль: Издательство Института физики, Издательская группа Nature. стр. 2159–2165. ISBN 978-0-333-75088-9 .
- ^ Сигрейв, Уикен (2012). История Вселенной . Пенни Пресс. Архивировано из оригинала 28 июля 2014 года . Проверено 18 июля 2014 г.
- ^ Jump up to: а б Нильссон, КК; и др. (июнь 2006 г.). «Капля Лаймана-α в южном поле GOODS: свидетельство холодной аккреции на гало темной материи». Астрономия и астрофизика . 452 (3): L23–L26. arXiv : astro-ph/0512396 . Бибкод : 2006A&A...452L..23N . дои : 10.1051/0004-6361:200600025 . S2CID 14837456 .
- ^ Jump up to: а б «Обнаружена редкая капля: доказательства падения газообразного водорода на сгусток темной материи?» . ScienceDaily.com . Проверено 22 июля 2014 г.
- ^ Jump up to: а б с д Джонстон, Хэмиш (28 ноября 2007 г.). «Протогалактики ощущают холодную темную материю» . Physicsworld.com . Проверено 18 июля 2014 г.
- ^ Фриман, К; Ларсон, Р.К.; Тинсли, Б. (1976). Галактики: шестой продвинутый курс Швейцарского общества астрономии и астрофизики . Соверни, Швейцария: Женевская обсерватория . стр. 75–82.
- ^ Уэлен, Дэниел; и др. (16 августа 2013 г.). «Сверхновая, уничтожившая Протогалактику: быстрое химическое обогащение и рост сверхмассивной черной дыры». Астрофизический журнал . 774 (1): 64. arXiv : 1305.6966 . Бибкод : 2013ApJ...774...64W . дои : 10.1088/0004-637X/774/1/64 . S2CID 59289675 .
- ^ Гилмор, Джерард; Уайз, Розмари Ф.Г.; Куйкен, Конрад (1989). Эволюционные явления в галактиках (1-е изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета . п. 194. ИСБН 0-521-37193-7 .
- ^ Ботун, Грегори Д. «Протогалактики» . Калифорнийский технологический институт.edu . Проверено 18 июля 2014 г.
- ^ Да, Гонконг; и др. (май 1996 г.). «Кандидат в протогалактику с z = 2,7, обнаруженный молодым звездным населением». Астрономический журнал . 111 : 1783. arXiv : astro-ph/9602121 . Бибкод : 1996AJ....111.1783Y . дои : 10.1086/117916 . S2CID 1421568 .
- ^ Уильямс, LLR; Льюис, Г.Ф. (август 1996 г.). «Гигантская протогалактика cB 58: артефакт гравитационного линзирования?». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 281 (3): L35–L39. arXiv : astro-ph/9605062 . Бибкод : 1996MNRAS.281L..35W . дои : 10.1093/mnras/281.3.l35 . S2CID 14392384 .
- ^ Раух, Майкл (июль 2008 г.). «Население слабых излучателей протяженных линий и родительских галактик оптически толстых систем поглощения QSO». Астрофизический журнал . 681 (2): 856–880. arXiv : 0711.1354 . Бибкод : 2008ApJ...681..856R . дои : 10.1086/525846 . S2CID 16974679 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
