Войти
Изучение формирования и эволюции галактик связано с процессами, которые сформировали неоднородную Вселенную с однородного начала, образованием первых галактик, тем, как галактики меняются с течением времени, и процессы, которые породили множество структур, наблюдаемых в близлежащих галактиках. Формирование галактики предположительно происходит из теорий формирования структуры в результате крошечных квантовых флуктуаций после Большого взрыва. Простейшей моделью, в общем согласующейся с наблюдаемыми явлениями, является модель лямбда-CDM, т. Е. Кластеризация и слияние позволяет галактикам накапливать массу, определяя как их форму, так и структуру.
Диаграмма камертона Хаббла морфологии галактик Из-за невозможности проводить эксперименты в открытом космосе единственный способ «проверить» теории и модели эволюции галактик - это сравнить их с наблюдениями. Объяснения того, как формировались и развивались галактики, должны позволять предсказывать наблюдаемые свойства и типы галактик.
Эдвин Хаббл создал первую схему классификации галактик, известную как диаграмма камертона Хаббла. Он разделил галактики на эллиптические, нормальные спирали, спирали с перемычкой (такие как Млечный Путь ) и неправильные формы. Эти типы галактик демонстрируют следующие свойства, которые можно объяснить текущими теориями эволюции галактик:
Существует общее заблуждение, будто Хаббл ошибочно полагал, что камертонная диаграмма описывает эволюционную последовательность галактик, от эллиптических галактик через линзообразные до спиральных галактик. Это не тот случай; вместо этого диаграмма камертона показывает эволюцию от простого к сложному без каких-либо временных коннотаций. Теперь астрономы считают, что сначала сформировались дисковые галактики, а затем они превратились в эллиптические галактики в результате слияния галактик.
Современные модели также предсказывают, что большая часть массы в галактиках состоит из темной материи, вещества, которое нельзя наблюдать напрямую и которое может не взаимодействовать никакими средствами, кроме гравитации. Это наблюдение возникает из-за того, что галактики не могли сформироваться так, как они есть, или вращаться так, как их видят, если только они не содержат гораздо большую массу, чем можно наблюдать напрямую.
Самым ранним этапом эволюции галактик является формирование. Когда формируется галактика, она имеет форму диска и называется спиральной галактикой из-за спиралевидной структуры, расположенной на диске. Существуют разные теории о том, как эти дискообразные распределения звезд развиваются из облака материи: однако в настоящее время ни одна из них точно не предсказывает результаты наблюдений.
Олин Эгген, Дональд Линден-Белл и Аллан Сэндедж в 1962 году предложили теорию, согласно которой дисковые галактики образуются через монолитный коллапс большого газового облака. Распределение материи в ранней Вселенной было сгустками, состоящими в основном из темной материи. Эти сгустки взаимодействовали гравитационно, передавая друг другу приливные моменты, которые давали им некоторый угловой момент. По мере того, как барионная материя охлаждалась, она рассеивала некоторую энергию и сжималась к центру. При сохранении углового момента вещество вблизи центра ускоряет свое вращение. Затем, как крутящийся шар из теста для пиццы, материя превращается в плотный диск. Когда диск охлаждается, газ теряет гравитационную устойчивость, поэтому он не может оставаться сингулярным однородным облаком. Он разбивается, и эти более мелкие газовые облака образуют звезды. Поскольку темная материя не рассеивается, поскольку взаимодействует только гравитационно, она остается распределенной за пределами диска в так называемом темном гало. Наблюдения показывают, что за пределами диска расположены звезды, что не совсем подходит для модели «тесто для пиццы». Впервые было предложено Леонардом Сирлом и Робертом Зинном, что галактики образуются путем слияния более мелких предков. Эта теория, известная как сценарий формирования сверху вниз, довольно проста, но уже не получила широкого распространения.
Более поздние теории включают кластеризацию гало темной материи в восходящий процесс. Вместо коллапса больших газовых облаков с образованием галактики, в которой газ распадается на более мелкие облака, предполагается, что материя зародилась в этих «меньших» сгустках (масса порядка шаровых скоплений ), и затем многие из этих сгустков слились в галактики, которые затем были притянуты гравитацией, чтобы сформировать скопления галактик. Это по-прежнему приводит к дискообразному распределению барионной материи с темной материей, образующей гало, по тем же причинам, что и в теории сверху вниз. Модели, использующие такой процесс, предсказывают больше маленьких галактик, чем больших, что соответствует наблюдениям.
Астрономы в настоящее время не знают, какой процесс останавливает сокращение. Фактически, теории формирования дисковых галактик не могут дать определение скорости вращения и размера дисковых галактик. Было высказано предположение, что излучение ярких новообразованных звезд или активного ядра галактики может замедлить сжатие формирующегося диска. Также было высказано предположение, что гало темной материи может притягивать галактику, тем самым останавливая сжатие диска.
Лямбда-CDM-модель - это космологическая модель, объясняющая формирование Вселенной после Большого взрыва. Это относительно простая модель, которая предсказывает многие свойства, наблюдаемые во Вселенной, включая относительную частоту различных типов галактик; однако он недооценивает количество тонких дисковых галактик во Вселенной. Причина в том, что эти модели образования галактик предсказывают большое количество слияний. Если дисковые галактики сливаются с другой галактикой сопоставимой массы (по крайней мере, 15 процентов ее массы), слияние, вероятно, разрушит или, как минимум, сильно разрушит диск, и полученная галактика не будет дисковой галактикой (см. Следующий раздел). Хотя это остается нерешенной проблемой для астрономов, это не обязательно означает, что модель лямбда-CDM полностью неверна, а скорее, что она требует дальнейшего уточнения для точного воспроизведения населения галактик во Вселенной.
Художественное изображение огненной бури рождения звезд глубоко внутри ядра молодой, растущей эллиптической галактики. 
NGC 4676 (Mice Galaxies ) является примером нынешнего слияния. 
Антенны Галактики - это пара сталкивающихся галактик - яркие синие узлы - молодые звезды, которые недавно вспыхнули в результате слияния. 
ESO 325-G004, типичная эллиптическая галактика. Эллиптические галактики (такие как IC 1101 ) являются одними из самых крупных известных на сегодняшний день. Их звезды находятся на орбитах, которые случайно ориентированы внутри галактики (т.е.они не вращаются, как дисковые галактики). Отличительной чертой эллиптических галактик является то, что скорость звезд не обязательно способствует сглаживанию галактики, например, в спиральных галактиках. Эллиптические галактики имеют в центре сверхмассивные черные дыры, и массы этих черных дыр коррелируют с массой галактики.
Эллиптические галактики проходят две основные стадии эволюции. Первый связан с ростом сверхмассивной черной дыры за счет аккреции охлаждающего газа. Вторая стадия отмечена стабилизацией черной дыры за счет подавления охлаждения газа, в результате чего эллиптическая галактика остается в стабильном состоянии. Масса черной дыры также связана со свойством, называемым сигма, которое представляет собой дисперсию скоростей звезд на их орбитах. Это соотношение, известное как M-сигма-отношение, было обнаружено в 2000 году. У эллиптических галактик в основном отсутствуют диски, хотя некоторые выпуклости дисковых галактик напоминают эллиптические галактики. Эллиптические галактики чаще встречаются в густонаселенных регионах Вселенной (например, скопления галактик ).
Теперь астрономы считают эллиптические галактики одними из наиболее развитых систем во Вселенной. Широко признано, что основной движущей силой эволюции эллиптических галактик является слияние более мелких галактик. Многие галактики во Вселенной гравитационно связаны с другими галактиками, а это означает, что им никогда не избежать взаимного притяжения. Если галактики имеют одинаковый размер, результирующая галактика не будет похожа ни на одну из предшественниц, а будет иметь форму эллипса. Есть много типов слияния галактик, которые не обязательно приводят к образованию эллиптических галактик, но приводят к структурным изменениям. Например, считается, что происходит небольшое слияние Млечного Пути и Магеллановых облаков.
Слияние таких больших галактик считается насильственным, и фрикционное взаимодействие газа между двумя галактиками может вызвать гравитационные ударные волны, которые способны образовывать новые звезды в новой эллиптической форме. галактика. Последовательность нескольких изображений различных столкновений галактик позволяет наблюдать временную шкалу двух спиральных галактик, сливающихся в одну эллиптическую галактику.
В Местной группе, Млечном Пути и Галактика Андромеды связана гравитацией и в настоящее время приближается друг к другу с большой скоростью. Моделирование показывает, что Млечный Путь и Андромеда движутся по курсу столкновения и, как ожидается, столкнутся менее чем через пять миллиардов лет. Ожидается, что во время этого столкновения Солнце и остальная часть Солнечной системы будут выброшены со своего текущего пути вокруг Млечного Пути. Остаток мог быть гигантской эллиптической галактикой.
Звездообразование в том, что сейчас является «мертвыми» галактиками, разбрызгивавшееся миллиарды лет назад. Одно наблюдение (см. Выше), которое необходимо объяснить Согласно успешной теории эволюции галактик, на диаграмме цвет-величина галактики есть две разные популяции галактик. Большинство галактик имеют тенденцию попадать в два разных места на этой диаграмме: «красную последовательность» и «синее облако». Галактики красной последовательности обычно представляют собой эллиптические галактики, не образующие звезд, с небольшим количеством газа и пыли, в то время как галактики с синими облаками обычно представляют собой пыльные спиральные галактики со звездообразованием.
Как описано в предыдущих разделах, галактики имеют тенденцию эволюционировать из спиральных к эллиптической структуре посредством слияний. Однако текущая скорость слияния галактик не объясняет, как все галактики перемещаются из «синего облака» в «красную последовательность». Это также не объясняет, как прекращается звездообразование в галактиках. Следовательно, теории эволюции галактик должны быть в состоянии объяснить, как в галактиках происходит звездообразование. Это явление называется «гашением» галактики.
Звезды образуются из холодного газа (см. Также закон Кенникатта-Шмидта ), поэтому галактика гаснет, когда в ней больше нет холодного газа. Однако считается, что гашение происходит относительно быстро (в пределах 1 миллиарда лет), что намного меньше времени, которое потребуется галактике, чтобы просто израсходовать свой резервуар холодного газа. В моделях эволюции галактик это объясняется гипотезой о других физических механизмах, которые устраняют или перекрывают подачу холодного газа в галактику. Эти механизмы можно в общих чертах разделить на две категории: (1) механизмы превентивной обратной связи, которые не позволяют холодному газу проникать в галактику или не дают ему образовывать звезды, и (2) механизмы выталкивающей обратной связи, которые удаляют газ так, чтобы он не мог образовывать звезды.
Один теоретический превентивный механизм, называемый «удушение», не позволяет холодному газу проникать в галактику. Удушение, вероятно, является основным механизмом подавления звездообразования в близлежащих галактиках с малой массой. Точное физическое объяснение удушения до сих пор неизвестно, но, возможно, оно связано с взаимодействием галактики с другими галактиками. Когда галактика попадает в скопление галактик, гравитационное взаимодействие с другими галактиками может задушить ее, препятствуя аккреции большего количества газа. Для галактик с массивными ореолами темной материи другой превентивный механизм, называемый «вириальный ударный нагрев», также может препятствовать тому, чтобы газ стал достаточно холодным, чтобы образовались звезды.
Процессы выброса, которые вытесняют холодный газ из галактик, могут объяснить, как гаснут более массивные галактики. Один из механизмов выброса вызван сверхмассивными черными дырами, обнаруженными в центрах галактик. Моделирование показало, что газ, аккрецирующий на сверхмассивных черных дырах в центрах галактик, создает высокоэнергетические струи ; высвободившаяся энергия может вытеснить достаточно холодного газа, чтобы подавить звездообразование.
Наш собственный Млечный Путь и близлежащая галактика Андромеды в настоящее время, кажется, претерпевают переходный переход от звездообразующих голубых галактик к пассивным красным галактикам.
NGC 3610 показывает некую структуру в виде яркого диска, подразумевая, что она образовалась совсем недавно.
NGC 891, очень тонкая дисковая галактика
Изображение Мессье 101, прототипа спиральной галактики, видимой лицом
Спиральная галактика ESO 510-G13 искривилась в результате столкновения с другой галактикой. После полного поглощения другой галактики искажение исчезнет. Обычно этот процесс занимает миллионы, если не миллиарды лет.
Астрономический портал 