Астрономия

Galaxy чӣ гуна ташаккул ёфтааст?

Galaxy чӣ гуна ташаккул ёфтааст?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Галактика чӣ гуна ба вуҷуд омадааст? Ман медонам, ки маркази галактикаи мо Қавс А * ҳисобида мешавад ва дар атрофи он ситораҳои зиёде (инчунин ситораҳои нейтронҳо зиёданд).

Аммо ин чӣ чизро рух медиҳад? Манзурам, чаро ҳамаи он ситорагон дар он ташаккули дуруст, ба монанди дигар галактикаҳо, ба ҷои он ки танҳо абрҳои тасодуфии ситораҳои олам бошанд?


Хуб, ин саволе нест, ки онро бо чанд ҷумла посух диҳед!

Кӯтоҳаш


Мо то ҳол намедонем, ки галактикаҳо маҳз чӣ гуна ташаккул ёфтаанд ва шаклҳои ба худ хос доранд. Сохтори миқёси калон (LSS) дар Коинот, ки мо имрӯз мебинем, натиҷаи тағирёбии ночизи ибтидоии зич мебошад, ки пас аз таркиши Бузург ба вуҷуд омадааст. Сабаби ин тағирёбии ночизи зичии онро квантӣ дар табиат мешуморанд.

Ҳамин тавр, ин тағирёбии ночиз дар гузаштаҳои гузашта боиси агломератсияи абрҳои газ ва чанг шуда, боиси зичтар шудани минтақаҳои алоҳида мегардад. Ин минтақаҳои зичтар тавсеаи Коинотро суст карда, имкон доданд, ки газ дар абрҳои хурди протогалактикӣ ҷамъ ояд. Ҷозиба дар ин абрҳо газ ва хокро ба фурӯ рехт ва дар навбати худ ситораҳоро ба вуҷуд овард. Ин ситорагон зуд сӯхтанд ва ба гурӯҳҳои глобулӣ мубаддал шуданд (дар ҳоле, ки вазнинӣ хок ва газро фурӯ рехта буд).

Инчунин, мувофиқи модели $ Lambda $ CDM, иншоотҳо ба тарзи "аз боло ба боло" шакл мегиранд, яъне иншоотҳои хурде, ки аввал (ситораҳо ва галактикаҳо) -ро ташкил медиҳанд ва пас аз он сохторҳои калон (гурӯҳҳои галактикӣ). Ин маҳз ҳамон чизест, ки мо имрӯз ба шарофати пурсишҳое, ки диапазонҳои баландшиддати сурхро тафтиш мекунанд, мушоҳида мекунем.


Шумо ба ҷавоб наздиктар аз оне ҳастед, ки бо ин савол фикр мекунед. Ин дар атрофи алоқаи байни объекти марказии SMBH ва массаи Галактика сурат мегирад. Масалан; ҳамаи ситорагон дар атрофи ин чиз чарх мезананд, ҳавопаймои Галактикӣ дар бораи 'экватор' -и он аст (агар он ҳамеша ба реактив алоқаманд бошад - он дар кунҷи рост ба самти Галактикӣ бошад), пайвастшавӣ дар масса ва инчунин зичии ситорагон дар саросари галактика зиёд мешавад, то ин объект. Ин пайвастшавӣ аслан бо ҳамроҳшавӣ шарҳ дода намешавад, ки ба гумон аст, ки ситорагон дар наздикии марказ давр зананд. Моддаҳо "буридан" ё партофтан аз ин ашё дар натиҷаи берун рафтан, ки дар дохили худ ситораҳоро ташкил медиҳанд ва ин пайдоиши онҳост. Ҳамон тавре ки дар Галактикаҳои Муштарӣ ва Кластерҳои Глобулӣ, ки гӯё дар хусусиятҳо ва морфологияи умумӣ вобастагӣ доранд, нишонаҳои ташаккулёбии ситораҳо дар марказ бо баъзан миқдори зиёди ситораҳои ҷавон дар миёна зоҳир мешаванд.


Galaxy чӣ гуна ташаккул ёфтааст? - Астрономия

Ман донишҷӯи соли 8 ҳастам ва бояд дар бораи давраи зиндагии галактика маълумот пайдо кунам. Оё воқеан ибтидои ва охири ҳаёти галактика вуҷуд дорад ё он танҳо идома дорад ва бо галактикаҳои дигар пайваст мешавад?

Шумо як саволи хуб медиҳед. Гарчанде ки ҷузъиёти ташаккул ва эволютсияи галактика то ҳол баҳсҳои васеъ доранд, назарияи умумии тарзи ташаккулёбии онҳо акнун маъмул аст.

Минтақаҳои хурд дар Коиноти ҷавон дар зери вазнинии худ фурӯ мераванд, ба тавре ки иншооти "хурд" ба монанди галактикаҳо пеш аз сохторҳои "калон" ба монанди гурӯҳҳои галактикаҳо ба вуҷуд меоянд. Инро ҷисман шарҳ додан мумкин аст, агар шумо гумон кунед, ки ҷисми торик дар Коинот релятивистӣ нест. Одамон зарраҳои торикро монанди ин "хунук" меноманд, бинобар ин бисёр астрономҳо ин назарияи эволютсияи галактикаро "парадигмаи моддаи торики хунук" меноманд.

Дар парадигмаи ҷисми хунуки торик, "галоҳо" -и материяи торик аввал ба таври ҷозиба пайваст мешаванд ва аз густариши умумии Олам "канда мешаванд", яъне ба ҷои васеъ шудан бо Коинот, Коинот дар атрофи галосҳо васеъ мешавад. Ҳар як гало бештар мавод ҷамъ мекунад ва дар ниҳоят ба шакли галактика мерасад. Пас, ба маънои муайян, ин галоҳои ибтидоӣ "таваллуд" -и галактикаро ифода мекунанд. Пас аз ба вуҷуд омадани гало, моддаи муқаррарӣ (ё "барион") ба сӯи маркази он меафтад, зеро кашиши ҷозиба, ки гало ба амал меорад. Ҳангоми афтодан, барионҳо бояд импулси кунҷиро нигоҳ доранд ва аз ин рӯ онҳо дар атрофи гало тезтар чарх мезананд, вақте ки онҳо ба он амиқтар меафтанд. Ин раванд диски ситорагиранда, моддаи муқаррариро дар дохили гало ё моддаи торик ба вуҷуд меорад, чунон ки мо имрӯз дар галактикаҳои спиралӣ мушоҳида мекунем.

Ин эволютсияи "ғайрифаъол", ки дар боло тавсиф шудааст, бо бархӯрдҳои галактикӣ мураккаб аст, аммо: моделиронӣ бо рақамӣ ба наздикӣ нишон дод, ки бархӯрдҳо ба намуди (ё "морфология") ашё таъсир мерасонанд. Тибқи қоидаҳои умумӣ, морфологияи галактика ба назар чунин мерасад, ки он дар тӯли эволютсияи худ аз бархӯрдҳо гузаштааст: якҷояшавии калон (бархӯрд байни ду галактикаи массааш муқоисашаванда) галактикаи эллиптикӣ ва ҳамроҳшавии хурд (бархӯрд байни галактикаҳои массаҳои гуногун) эволютсияи галактикаро ба сӯи диски борик халалдор накунанд. Ба ибораи дигар, галактикаҳои эллиптикӣ ба наздикӣ якҷояшавии калонро аз сар гузаронидаанд, галактикаҳои диски хеле тунук дар тӯли муддати тӯлонӣ бо чизе бархӯрд накардаанд ва дигар намудҳои галактикаҳо дар ҷое ҳастанд. Ин эволютсия тавассути ҳамроҳшавӣ аз ҷониби ҳама мушоҳидаҳои галактикаҳои намудҳои гуногун дастгирӣ карда намешавад, аммо мушоҳидаҳо ба назар васеъ ба идея мувофиқат мекунанд. Аз ин рӯ, "ҳаёти" галактика аз пайдарпаии ситораҳои ташаккулёфта ва бархӯрдҳо иборат аст, ки он метавонад вобаста ба муҳити худ ва хусусиятҳои барионҳо, ки дар ҷои аввал дискро ташкил медиҳанд, сурат гирад. Муайян кардани "интиҳо" -и ҳаёти галактика каме мураккабтар аст.

Фарз мекунем, ки галактика пас аз гузаштани вақти муайян бо дигарҳо бархӯрд намекунад: эволютсияи он пас аз пайдоиши ситора дар диск идора карда мешавад. Гарчанде ки дуввум даврӣ аст (газ ситораҳоро месозад, ситорагон мемиранд ва қисми зиёди гази худро ба муҳити байни ситорагон бармегардонанд), як қисми гази мавҷуда дар бақияи ситорагиҳои массаашон кам дар ҳар як давраи ташаккулёбанда баста мешавад, ба тавре ки оқибат ҳеҷ газ барои пайдоиши ситораҳои нав дастрас хоҳад буд. Чӣ тавре ки боқимондаҳои ситора хира мешаванд, галактика низ то он даме ки равшании зиёд ба амал намеорад. Бо вуҷуди ин, галотаи торикии галактика ҳоло ҳам ҳамеша мавҷуд аст. Пас, агар шумо таваллуди галактикаро бо пайдоиши гало муайян кунед, пас галактикаи ҷудошуда ҳеҷ гоҳ ба он маъное намемирад, ки гало ҳатто пас аз қатъ шудани пайдоиши ситора боқӣ мемонад.

Дар асл, албатта, мо медонем, ки аксари галактикаҳо дар гурӯҳҳо ва гурӯҳҳо зиндагӣ мекунанд ва аз ин рӯ, ба бархӯрдҳои зиёд дучор меоянд. Вақте ки ду галактика бархӯрд мекунанд, галосҳои торикии онҳо ба галактикаи ягонаи калон ҳамроҳ мешаванд. Пас метавон ба ҳамроҳшавии хурд ҳамчун "марг" -и галактикаи хурд (ва афзоиши галактикаи калон) ва ҳамроҳшавии калон ба мисли "марги" ду галактика ва пас аз "реинкарнатсия" -и онҳо ҳамчун як калонтар назар кард.

Бо назардошти вақти кофӣ, ирода ҳама галактикаҳо бо ҳам бархӯрд мекунанд ва аз ин рӯ ба як галотаи калон ҳамроҳ мешаванд? Ин, дарвоқеъ, ба суръати тавсеаи Коинот вобаста аст. Мо имрӯз чунин мешуморем, ки тавсеаи саросарӣ бо мурури замон суръат мегирад, ба тавре ки гурӯҳҳо ва гурӯҳҳои алоҳидаи галактикаҳо ҳеҷ гоҳ бо ҳам омезиш нахоҳанд ёфт. Ҳамин тавр, дар оянда аъзоёни гурӯҳ ё кластерҳои муайян метавонанд ба як "супер-галактика" -и ваҳшатнок муттаҳид шаванд, аммо худи супер галактикаҳо бо ҳам бархӯрд нахоҳанд кард. Он гоҳ галосҳои ин ашё абадӣ хоҳанд буд (агар фарз кунем, ки материяи торик бо ҳеҷ чиз муомила намекунад), ба онҳо абадияти ниҳоӣ бар ҳама чизҳои дигари оламро мебахшид.

Ин сафҳа бори охир 27 июни соли 2015 навсозӣ шудааст

  • Кӯдакон / донишҷӯён
  • Ситорахо
  • Галактикаҳо
  • Коинот
  • Масъалаи торик
  • Васеъ
  • Моменти кунҷӣ
  • Ташаккул
  • Бархӯрд
  • Галактикаҳои спиралӣ
  • Ҳало
  • Диск
  • Якҷояшавӣ
  • Чарх
  • Галактикаҳои эллиптикӣ
  • Эволютсия
  • Моддаи Барион
  • Galaxy кластерҳо

Дар бораи муаллиф

Кристин Спеккенс

Кристин динамикаи галактикаҳоро меомӯзад ва онҳо ба мо дар бораи материяи торики олам чӣ меомӯзонанд. Вай доктори илмро аз Корнелл моҳи августи соли 2005 гирифтааст, аз соли 2005-2008 дар Донишгоҳи Ратгерс як ҳамкори пост-докторӣ будааст ва ҳоло узви факултаи Коллеҷи низомии шоҳигарии Канада ва Донишгоҳи Малика мебошад.


Ҷозиба роҳро боз мекунад

Аввалан, ба шарофати вазнинӣ меравам.

Дар ҷавонии Коинот, гази он тақрибан комилан тақсим карда мешуд. Аммо комилан не!

Ҳамеша якхела набудани ин қадар хурд, ки пайдоиши онҳоро аз принсипи номуайянии механикии квантӣ пайгирӣ кардан мумкин аст, дар назар дошт, ки баъзе минтақаҳо нисбат ба минтақаҳои дигар каме зичтар буданд ва аз ин рӯ ҷаззобии каме бештаре дошт, то моддаҳои атрофро кашад.

Ин якхела набудани хурдро воқеан дар нурҳои аввалини мушоҳидашуда - ба ном радиатсияи заминаҳои печи кайҳонӣ мушоҳида кардан мумкин аст.

Вақте ки ин нур партофта шуд, камтар аз 400,000 сол пас аз таркиши Бузург, минтақаҳои зич нисбат ба минтақаҳои шусташуда тақрибан сад ҳазорумин зичтар буданд (нигаред дар ин ҷо, дар ин ҷо ва дар ин ҷо).

Бо ҷалби моддаҳои бештар, гурӯҳҳо тадриҷан дар фурӯпошии барвақти 'ибтидоӣ' афзоиш ёфтанд. Аммо дар ибтидо тавсеаи Коинот бениҳоят баланд буд ва мусобиқа байни васеъшавӣ ва фурӯпошӣ оғоз ёфт.

Масъалаи торик ба наҷот! Агар танҳо моддаи 'муқаррарӣ' мебуд, қаблҳо метавонистанд ба қадри кофӣ нашъунамо ёбанд, то густариш материяро аз ҳам ҷудо кунад.

Ва дар он ҳолат, на галактикаҳо, на ситорагон, сайёраҳо ва мо ҳеҷ гоҳ ба вуҷуд намеомаданд.


Портрети галактикаи ҷавон назарияи ташаккули галактикаро ба сараш мепартояд

Ҳаракати газ дар галактикаи дур ALESS 073.1: гази кабуд ба сӯи мо ҳаракат мекунад, дар ҳоле, ки гази сурх аз мо дур шуда, диски даврзанандаро нишон медиҳад. Қарз: Федерико Лелли (2021)

Олимон фаҳмиши ҳозираи моро дар бораи чӣ гуна ба вуҷуд омадани галактикаҳо бо кушодани тасвирҳои галактикаи ҷавон дар ҳаёти ибтидоии Коинот, ки ба таври аҷибе баркамол ба назар мерасанд, зери шубҳа гузоштанд.

Галактика, ки ALESS 073.1 ном гирифтааст, ба назар чунин мерасад, ки ҳамаи хусусиятҳои аз галактикаи хеле пухтарасида доранд ва дастаи олимонро водор кардааст, ки чӣ гуна ин қадар зуд рушд кунанд.

Тадқиқоти нав имрӯз дар нашр шудааст Илм.

Галактикаҳо шаклҳо, андозаҳо ва рангҳои гуногун доранд ва аз ҷузъҳои гуногун иборатанд, ба монанди дискҳои даврзананда, дастҳои спиралӣ ва "булут".

Ҳадафи асосии астрономияи имрӯза фаҳмидани он аст, ки чаро галактикаҳои гуногун ба ҳолати имрӯза назар мекунанд ва вақте ки ҷузъҳои гуногуни онҳо ташаккул меёбанд.

Гурӯҳ бо роҳбарии олимони Донишгоҳи Кардифф, телескопи Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) -ро ҳамчун "мошини вақт" истифода бурда, ба гузаштаи дур назар андохт ва нишон дод, ки ALESS 073.1 ҳамагӣ 1,2 миллиард сол пас аз таркиши Бузург ба назар мерасид.

Азбаски нуре, ки аз галактика баромадааст, барои расидан ба телескопҳои мо дар Замин миллиардҳо сол тӯл кашидааст, гурӯҳ тавонистааст, ки чӣ гуна галактикаро дар тифлии худ ба назар гирад ва чӣ гуна дар ибтидо ташаккул ёфтани онро муайян кунад.

Тасвири ALESS 073.1 ҳамагӣ 1,2 миллиард сол пас аз таркиши Бузург. Қарз: Донишгоҳи Кардифф

Натиҷа яке аз тасвирҳои шадид ва мустақими галактикаи ибтидоӣ буд, ки ба даста имкон дод, ки сохтори дохилии худро муфассал омӯзад.

"Мо ошкор кардем, ки доғи азим, диски даврзанандаи даврӣ ва эҳтимолан силоҳҳои спиралӣ дар ин галактика, вақте ки Коинот ҳамагӣ 10% -и синни ҳозираи худро ташкил медод, аллакай ҷой доштанд", гуфт муаллифи пешбари ин таҳқиқот доктор Федерико Лелли, ки онро ба уҳда гирифтааст кор дар Мактаби физика ва астрономияи Донишгоҳи Кардифф.

"Ба ибораи дигар, ин галактика ба мисли як калонсол ба назар мерасад, аммо он бояд танҳо як кӯдаки хурд бошад."

Муаллифи таҳқиқот доктор Тимоти Дэвис аз Мактаби физика ва астрономия гуфт: "Ин кашфиёти аҷоиб фаҳмиши ҳозираи моро дар бораи чӣ гуна шакл гирифтани галактикаҳо зери шубҳа мегузорад, зеро мо боварӣ доштем, ки ин хусусиятҳо танҳо дар галактикаҳои" баркамол "ба вуҷуд омадаанд, на дар ҷавонон . "

Яке аз хусусиятҳои асосии галактика мавҷудияти ба истилоҳ болге мебошад - як гурӯҳи ситораҳои сахт печондашуда, ки одатан дар маркази галактика ҷойгиранд.

Боварӣ доштанд, ки болишҳои азим дар натиҷаи якҷояшавии галактикаҳои хурд ё равандҳои мушаххасе, ки дар дохили худи галактика ба амал омадаанд, ба вуқӯъ мепайвандад, аммо хосиятҳои кинематикии ALESS 073.1 нишон доданд, ки ба вуҷуд омадани қуллаҳои азим метавонад хеле зуд ба амал оянд - тақрибан нисфи ситорагон дар галактика нишон дода шудааст, ки дар буғӣ аст.

Ба ҳамин монанд, баъзе галактикаҳои баркамол, ба монанди Роҳи Каҳкашони мо, маълуманд, ки дастҳои спиралие, ки аз қисмҳои марказии худ паҳн шуда, ба онҳо шакли спиралии хоси худро медиҳанд.

Чунин хусусиятҳо низ ғайричашмдошт дар ALESS 073.1 мушоҳида шуданд, ки ин боиси тааҷҷуби даста гашт, зеро галактикаҳои барвақт одатан хаотик ва пурталотуманд, на сохторҳои муташаккилона ва муташаккил ба монанди бозуи спиралӣ.

"Галактикае чун ALESS 073.1 танҳо фаҳмиши моро дар бораи ташаккули галактика рад мекунад" гуфт доктор Лелли.


Ҷабрдидагони бархӯрд ва модели якҷояшавии якчандкарата

Дар даҳсолаҳои охир астрономҳо фаҳмиданд, ки эволютсияи Галактика он қадар осоишта набуд, ки ин модели фурӯпошии монолитӣ нишон медиҳад. Соли 1994 астрономҳо галактикаи хурди навро дар самти бурҷи Қавс кашф карданд. Галактикаи карлики Қавс дар ҳоли ҳозир аз Замин тақрибан 70,000 сол ва аз маркази Галактика 50,000 соли нур аст. Ин наздиктарин галактикаи маълум аст (Расми 2). Он хеле дароз аст ва шакли он нишон медиҳад, ки онро мавҷи ҷозибаи Galaxy -и мо пора мекунад - ҳамон тавре ки Comet Shoemaker-Levy 9 ҳангоми аз Юпитер хеле наздик гузаштанаш дар соли 1992 пора шуда буд.

Галактикаи Қавс нисбат ба Роҳи Каҳкашон хеле хурдтар аст, танҳо тақрибан 150 000 ситора, ки ҳамаи онҳо ба назарашон тақаллуб ва галогули Галактикаи худамон меоянд. Аммо занги ҷанозаро барои галактикаи хурд садо надиҳед, ҳанӯз он ки истеъмоли карлики Қавс 100 миллион соли дигар ё бештар аз он вақтро мегирад ва худи ситорагон зинда мемонанд.

Диаграммаи 2. Мецвари Қавс: Дар соли 1994, астрономҳои Бритониё як галактика дар бурҷи Қавс кашф карданд, ки танҳо дар маркази Роҳи Каҳкашон тақрибан 50,000 соли рӯшноӣ ҷойгир аст ва ба Галактикаи мо меафтад. Ин тасвир минтақаро тақрибан 70 ° × 50 ° дар бар мегирад ва намуди сиёҳу сафедии диски Галактикаи моро бо харитаи контурии сурх нишон медиҳад, ки дурахшони галактикаи карахтро нишон медиҳад. Галактикаи карахтӣ дар тарафи дигари маркази галактикӣ аз мо ҷойгир аст. Ситораҳои сафед дар минтақаи сурх ҷойгоҳҳои якчанд кластерҳои глобулиро, ки дар галактикаи карлики Қавс мавҷуданд, нишон медиҳанд. Салиб маркази галактикаро нишон медиҳад. Хатти уфуқӣ ба ҳамвории галактикӣ мувофиқат мекунад. Тасвири кабуди ҳарду тарафи ҳамвории галактикӣ бо тасвири инфрасурх дар Меъмории Галактика мувофиқат мекунад. Қуттиҳо минтақаҳоеро қайд мекунанд, ки таҳқиқоти муфассали ситораҳои инфиродӣ боиси кашфи ин галактика шудаанд. (қарз: тағир додани асарҳо аз ҷониби R. Ibata (UBC), R. Wyse (JHU), R. Sword (IoA))

Аз он вақт инҷониб, далелҳо барои вохӯриҳои наздиктарини Галактикаи мо ва галактикаи дигари ҳамсоя ёфт шуданд. Вақте ки як галактикаи хурд аз ҳад зиёд наздик мешавад, қувваи ҷозибае, ки Галактикаи мо ба амал меорад, дар канори наздик нисбат ба тарафи дур сахттар мекашад. Таъсири холӣ дар он аст, ки ситораҳои ибтидо ба галактикаи хурд тааллуқдошта ба ҷараёни дарозе паҳн мешаванд, ки тавассути галотаи Роҳи Каҳкашон чарх мезанад (Расми 3).

Тасвири 3. Ҷараёнҳо дар Галоти Галактикӣ: Вақте ки як галактикаи хурдро Роҳи Каҳкашон фурӯ мебарад, ситораҳои узви он кашида шуда, дар гало галактикӣ ҷараёнҳои ситораҳоро ташкил медиҳанд. Ин тасвир ба ҳисобҳо асос ёфтааст, ки баъзе аз ин ҷараёнҳои ҷараён метавонанд чӣ гуна бошанд, агар Роҳи Каҳкашон дар давоми 10 миллиард соли охир 50 галактикаи зарринро фурӯ барад. (қарз: тағир додани кор аз ҷониби NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC / Caltech))

Чунин ҷараёни мавҷи об метавонад шахсияти худро дар тӯли миллиардҳо сол нигоҳ дорад. То имрӯз, астрономҳо акнун ҷараёнҳоеро муайян кардаанд, ки аз 12 галактикаи хурд сарчашма мегиранд, ки ба Роҳи Каҳкашон хеле наздик буданд. Шаш ҷараёни дигар бо кластерҳои глобулӣ алоқаманданд. Таклиф карда шуд, ки кластерҳои бузурги глобулӣ, ба монанди Омега Кентаври, воқеан ядрои зичии галактикаҳои канфилизатсияшудаи каннибалӣ мебошанд. Ҳоло кластери глобулии M54 гумон мекунад, ки он ядрои карлики Қавс аст, ки мо қаблан онро баррасӣ кардем, ки ҳоло бо Роҳи Каҳкашон омезиш меёбад (Расми 4). Ситораҳои минтақаҳои берунии чунин галактикаҳо тавассути кашиши ҷозибаи Роҳи Каҳкашон канда мешаванд, аммо минтақаҳои зичии марказӣ метавонанд зинда монанд.

Тасвири 4. Глобул кластери M54: Ин тасвири зебои телескопи кайҳонии Хаббл кластери ҷаҳлиро нишон медиҳад, ки ҳоло ҳастаи галактикаи карлики Қавс ба ҳисоб меравад. (қарзӣ: ESA / Hubble & amp NASA)

Ҳисобкуниҳо нишон медиҳанд, ки диски ғафси Galaxy метавонад маҳсули як ё якчанд чунин бархӯрд бо галактикаи дигар бошад. Гирифтани галактикаи моҳвораӣ метавонад мадори ситорагон ва абрҳои газро дар ибтидо дар диски тунук ба ҳаракат дарорад ва онҳоро ба болотар ва поёнтар аз ҳамвории Галактика ҳаракат диҳад. Дар ҳамин ҳол, ситораҳои Galaxy ба омехтаи fluffed илова мекарданд. Агар чунин бархӯрд тақрибан 10 миллиард сол пеш рух дода бошад, пас ҳар гуна газ дар ду галактика, ки ҳанӯз ба ситорагон ташаккул наёфтааст, вақти кофӣ дошт, то дубора ба диски тунук ҷойгир шаванд. Он гоҳ газ метавонист ба ташаккули наслҳои минбаъдаи аҳолии I ситора шурӯъ кунад. Ин вақт инчунин ба синну соли маъмулии ситораҳои диски ғафс мувофиқ аст.

Роҳи Каҳкашон бархӯрдҳои бештар дар мағоза дорад. Намунае аз галактикаи карлики Canis Major мебошад, ки массааш тақрибан 1% -и массаи Роҳи Каҳкашон аст. Аз ин галактика, ки се маротиба худро дар атрофи Каҳкашон печонида гирифтаанд, аллакай думҳои дарозмӯҳлати кандашуда кашида шудаанд. Якчанд гурӯҳҳои глобулӣ, ки дар Роҳи Каҳкашон ёфт шудаанд, инчунин метавонанд аз карлики Канис Майор пайдо шуда бошанд, ки интизор меравад дар тӯли миллиард соли оянда тадриҷан бо Роҳи Каҳкашон омезиш ёбад.

Тақрибан 3 миллиард сол худи Роҳи Каҳкашро фурӯ хоҳад бурд, зеро он ва галактикаи Андромеда дар масири бархӯрд қарор доранд. Моделҳои компютерии мо нишон медиҳанд, ки пас аз ҳамкории мураккаб ҳарду ба ҳам омада галактикаи калонтар ва ҳамаҷониба ба вуҷуд меоранд (Расми 5).

Тасвири 5. Роҳи Каҳкашон ва Андромеда ба таври намоён таҳриф мешаванд, зеро Андромеда ба мо наздик мешавад. Дар панели 3, дар тарафи рости болост, осмон бо минтақаҳои ситора ташаккулёфта ва ошӯби абрҳои ғубор ва кластерҳои ситора. Дар панели 4, дар поёни чап, галактикаҳо шаклҳои спиралии худро боз ҳам гум мекунанд, аммо пайраҳаҳои чанг ва пайдоиши ситораҳо идома доранд. Бо панели 5, дар маркази поён, ду ядрои галактикӣ осмонро пур мекунанд. Ниҳоят, дар панели 6 дар тарафи рости поён, ядроҳо ба массаи бузурги эллипсикии ситорагон ҳамроҳ шуданд.

Ҳамин тариқ мо дарк мекунем, ки & # 8220 таъсири муҳити зист & # 8221 (ва на танҳо хусусиятҳои аслии галактика) дар муайян кардани хосиятҳо ва рушди Галактикаи мо нақши муҳим доранд. Дар бобҳои оянда мо мебинем, ки бархӯрдҳо ва ҳамроҳшавӣ омили асосии эволютсияи бисёр галактикаҳои дигар низ мебошанд.

Мафҳумҳои асосӣ ва мухтасар

Галактика ба ташаккули каме бештар аз 13 миллиард сол пеш оғоз кард. Моделҳо нишон медиҳанд, ки аввал ситораҳои гало ва кластерҳои глобулӣ ба вуҷуд омадаанд, дар ҳоле ки Галактика курашакл буд. Газ, ки аз ҷониби насли якуми ситорагон то андозае бо элементҳои вазнин ғанӣ шудааст, пас аз тақсимоти курашакл ба тақсимоти гардиши гардишёфтаи гардишгар афтод. Имрӯзҳо низ ситораҳо аз газ ва ғубори дар диск боқӣ монда ташаккул меёбанд. Пайдоиши ситораҳо зудтар дар оғӯшҳои спиралӣ ба амал меоянд, ки дар онҳо зичии моддаҳои ситоравӣ баландтарин аст. Галактика ситораҳои иловагӣ ва кластерҳои кураи заминро аз галактикаҳои хурд, ки ба Роҳи Каҳкашон хеле наздик буданд, гирифтанд (ва ҳоло ҳам мегиранд). Пас аз 3 - 4 миллиард сол, Галактика бо галактикаи Андромеда бархӯрд мекунад ва пас аз тақрибан 7 миллиард сол, ду галактика якҷоя шуда галактикаи азими эллиптикиро ташкил медиҳанд.


Бартараф кардани фосила байни галактикаҳои имрӯза ва галактикаи баланд

Гурӯҳи муҳаққиқони IoA диққати худро ба системаҳои ба ном & quotdamped alfa alfaha & quot - галактикаҳо, ки бевосита дида намешаванд, балки танҳо ҳамчун азхудкунӣ вақте ки онҳо дар хатти мустақими байни мо ҳастанд ва равшании дуртар объект. Дарки табиати ин галактикаҳо дар ниҳоят метавонад робитаи мустақими байни онҳо ва галактикаҳои муосирро таъмин кунад ва ба ин васила ҷанбаҳои муҳими ташаккули галактикаҳоро нишон диҳад. Барои ноил шудан ба ин, баъзе аз симулятсияҳои пешрафтаи ташаккули галактика истифода шуданд ва ба таври муфассал дар муқоиса бо мушоҳидаҳо.

Дар ҷадвал тақсимоти гидрогении бетараф, ки барои азхудкунии алфаи намшудаи Лиман дар атрофи галактикаи ташаккулёфта, дар марказ масъуланд, нишон дода шудааст.

Қарзҳои рақамӣ: Эндрю Понтзен, бар асоси маълумотҳои моделиронӣ дар Маркази Суперкомпютерии Арктика, ба шарофати Фабио Говатато ва дӯкони N-Body дар Донишгоҳи Вашингтон.


Галактика чист?

Ин як кластери бузурги галактикӣ мебошад, ки бо номи Abell 2744, маъруф ба Pandora & # 8217s Cluster, воқеъ дар самти бурҷи ҳайкалтарош аст. Кластер тақрибан 4 миллион соли нурро дар бар мегирад ва вазни он 4 триллион офтоб аст. Чунин ба назар мерасад, ки натиҷаи ҷамъоварии ҳамзамони ҳадди аққал 4 кластерҳои алоҳидаи хурди галактикӣ мебошад, ки дар тӯли 350 миллион сол ба амал омадаанд. Маълумоти бештарро дар бораи ин тасвир дар HubbleSite хонед. Тасвир тавассути NASA / ESA / J. Lotz / M. Mountain / A. Koekemoer / Team Hubble Frontier Fields Team.

Галактика ҷазираи азими ситорагон дар уқёнуси фазост. Галактикаҳоро маъмулан аз якдигар масофаҳои азим, ки миллионҳо соли нур чен мекунанд, ҷудо мекунанд. Баъзан галактикаҳоро блокҳои бунёди олами мо мегӯянд. Тақсимоти онҳо тасодуфӣ нест, тавре ки шояд тахмин мезананд: галактикаҳо дар паҳлӯҳои тасаввурнашавандаи тӯлонӣ дар тамоми олам, як шабакаи кайҳонии шаҳрҳои ситорагон паҳн шудаанд.

Галактика метавонад садҳо миллиард ситораро дар бар гирад ва дар тӯли ҳазорҳо соли нур бошад. Галактикаи худи мо, Роҳи Каҳкашон, диаметри он тақрибан 100,000 соли нур аст. Ин & # 8217s тақрибан 587,900 триллион мил, қариб як миллион триллион километр.

Галактикаҳо андозаи хеле гуногун доранд.

Дар олам тақрибан ду триллион галактика вуҷуд дорад.

Тасвире, ки аксҳоро аз симулятсияи астрофизик Фолкер Спрингел аз Институти Макс Планк дар Олмон нишон медиҳад. Он афзоиши сохти кайҳониро (галактикаҳо ва боқимондаҳо) дар замони коинот 0,9 миллиард, 3,2 миллиард ва 13,7 миллиард сола (ҳозир) нишон медиҳад. Тасвир тавассути Volker Springel / MPE / Foundation Kavli.

Галактикаҳо дар гурӯҳҳо якҷоя мешаванд. Галактикаи худи мо қисми он аст, ки онро Гурӯҳи Маҳаллӣ меноманд, масалан: кластер иборат аз 55 галактика, ки мо то ҳол медонем.

Дар навбати худ, гурӯҳҳои галактикӣ ба гурӯҳҳо дохил мешаванд супер кластерҳо. Гурӯҳи маҳаллии мо қисми суперкластери Virgo мебошад.

"Часпак", ки ситораҳоро ба галактикаҳо, галактикаҳоро ба кластерҳо, кластерҳоро ба супер кластерҳо ва супер кластерҳоро ба риштаҳо мепайвандад & # 8211 албатта & вазнинӣ, коргари сохтмони коинот аст, ки тамоми сохторҳои дар космос дидаи моро муҷассама мекунад.

Масофаҳо аз Гурӯҳи Маҳаллӣ барои гурӯҳҳо ва кластерҳои интихобшуда дар суперкластери маҳаллӣ, ки суперкластери Virgo номида мешавад.

Якчанд намудҳои асосии галактика мавҷуданд, ки ҳар яке зергурӯҳҳо доранд. Галактикаҳоро аввал дар асоси мушоҳидаҳои визуалии худ, ситорашиноси маъруф Эдвин П.Хаббл дар охири солҳои 20 ва 30, дар солҳои мушоҳидаҳои пурғайрат тасниф намуд. Гурӯҳбандии Галактикаҳои Хаббл, тавре ки маълум аст, имрӯз ҳам хеле истифода мешавад, гарчанде ки аз замони Хаббл, ба монанди ҳама гуна системаи таснифоти хуб, дар партави мушоҳидаҳои нав таҷдид ва тағир дода шудааст.

Пеш аз омӯзиши галактикаҳои Хаббл боварӣ доштанд, ки галактикаи мо дар олам ягона аст. Астрономҳо гумон мекарданд, ки доғҳои рӯшноӣ, ки онҳо дар телескопҳояшон диданд, дарвоқеъ туманнокӣ дар дохили галактикаи худамон ҳастанд ва на тавре, ки Хаббл кашф кардааст, галактикаҳо дар худи худ. Маҳз Хаббл буд, ки бо чен кардани суръати худ нишон дод, ки онҳо дар масофаи хеле дур аз мо, миллионҳо сол аз рӯшноӣ берун аз Роҳи Каҳкашон ҷойгиранд, масофаҳо чунон бузурганд, ки дар ҳама ҷуз телескопҳои аз ҳама хурд ба назар мерасанд. Гузашта аз ин, ӯ нишон дод, ки ҳар куҷое ки набошад, галактикаҳо аз мо ба ҳар сӯ ақибнишинӣ мекунанд ва ҳар қадар дуртар бошанд, ҳамон қадар ақибнишинӣ мекунанд. Хаббл ошкор карда буд, ки олам васеъ шуда истодааст.

Намоиши диаграммаи Edwin Hubble & # 8217s & # 8220tuning diagram for vil diagram. & # 8221 Дар охири солҳои 1920 ва 30, Хаббл мушоҳидаҳои заҳматкашро, ки барои ба гурӯҳбандӣ кардани галактикаҳо зарур буданд, гузаронд. Нақшаи таснифи аслии ӯ соли 1936 дар китобе бо номи & # 8220Дар қаламрави туманнокӣ нашр шудааст. & # 8221 Нақшаи аслии ӯ мисли тамоми корҳои илмӣ & # 8211 аст, ки доимо тағир дода мешавад. Аммо идеяи ӯ дар бораи диаграммаи & # 8220tuning fork & # 8221 муфидро идома додааст. Тасвир тавассути расадхонаи Лас Камбрес.

Намуди аз ҳама маъмули галактика яке аз намудҳои маъмултарини он аст: галактикаи спиралӣ. Роҳи Каҳкашон аз ин оила аст. Галактикаҳои спиралӣ силоҳҳои боҳашамате доранд, ки ҳазорҳо сол рӯшноӣ доранд ва аз миллионҳо миллион ситораҳо иборатанд. Системаи офтобии мо тақрибан 2/3 дар роҳи баромадан аз маркази галактикӣ ба сӯи периферияи галактика, ки дар яке аз ин силоҳҳои спиралӣ ҷойгир аст, ҷойгир аст.

Галактикаҳои спиралӣ инчунин бо доштани маркази дурахшон, ки аз консентратсияи зичи ситорагон иборатанд, тавсиф карда мешаванд, чунон сахт печонида шудаанд, ки маркази галактика аз дур ба як тӯби сахт монанд аст. Ин тӯби ситорагон ҳамчун болиши галактикӣ маълуманд. Дар маркази Роҳи Каҳкашон & # 8211 дар дохили болтактикаи галактикӣ & # 8211, масалан, зичии ситорагон ба 1 миллион дар 34 соли нурии мукааб ҳисоб карда шудааст.

Дар ҳамин ҳол, дар наздикии офтоби мо, зичии ситорагон ҳамчун як соли нурии мукааб 0,004 ситора ҳисоб карда шудааст. Фарқи калон!

Намуди аҷибе аз маркази галактикаи Роҳи Каҳкашон, ки онро телескопи Murchison Widefield Array (MWA) дар Австралия дар соли 2019 дидааст. Тасвир тавассути Наташа Ҳерли-Уокер (ICRAR / Кертин) / GLEAM Team / Phys.org.

Роҳи Каҳкашон, дарвоқеъ, дар яке аз зергурӯҳҳои галактикаи спиралии Ҳаббл аст: ин спирали панҷарадор аст, яъне маънояш ситораи ситорагон аз ҳар ду тарафи марказ берун аст. Нуқтаҳои сутун лангарҳои дастҳои спиралиро ташкил медиҳанд, ҷойе, ки онҳо дар камонҳои зебову азимашон мераванд. Ин кашфиёти ба қарибӣ бадастомада: чӣ гуна шакл гирифтани сутун дар галактика ҳанӯз фаҳмида нашудааст.

Инчунин чанде пеш таъсис дода шуд, ки диски Роҳи Каҳкашон, тавре ки дар аксари диаграммаҳо тасвир ёфтааст, ҳамвор нест: он мисли деворҳои винилии дарозмӯҳлат дар офтоб мондагор вайрон аст. Маҳз чаро маълум нест, аммо фикр мекунанд, ки ин натиҷаи дидори ҷозиба бо галактикаи дигар дар ибтидои таърихи Роҳи Каҳкашон аст & # 8217.

Рассом & # 8217s тасвири Каҳкашон дар роҳи мо. Тасвир тавассути Огл / Донишгоҳи Варшава / BBC.

Галактикаҳои эллиптикӣ коинот мебошанд & # 8217 бузургтарин галактикаҳо. Онҳо бузург ва шаклдори футбол мебошанд.

Онҳо аз он сабаб пайдо мешаванд, ки & # 8211, гарчанде ки аксари галактикаҳо аз якдигар парвоз мекунанд & # 8211, онҳое, ки аз ҷиҳати астрономӣ ба ҳам наздиканд, ба ҳамдигар ҷаззоб хоҳанд шуд. Дар як рақси ҷаззоби ҷаззоби дастгирнашаванда, дар ниҳоят онҳо ба ҳам омада, дар тӯли миллионҳо сол аз якдигар мегузаранд ва дар ниҳоят як галактикаи ягонаи аморфии эллиптикиро ташкил медиҳанд. Чунин ҳамроҳшавӣ метавонад боиси пайдоиши наслҳои нави ситорагон гардад, зеро вазнинии вазнин & # 8217s фишори абрҳои бузурги газ ва чанг байни ситораҳоро ба амал меорад.

Роҳи Каҳкашон дар чунин оғӯши ҷозиба бо M31, яъне галактикаи Андромеда, ки 2 1/2 миллион соли нур дур аст, гирифтор шудааст. Ҳарду галактика бо сабаби ҷалби ҷозиба ба сӯи якдигар ҳаракат мекунанд: онҳо баъд аз тақрибан 6 миллиард сол аз ҳам мепайвандад. Аммо, ҳарду галактика бо галосҳои азими газ иҳота карда шудаанд, ки метавонанд миллионҳо соли нурро дароз кунанд ва ба наздикӣ маълум шуд, ки галосҳои Роҳи Каҳкашон ва M31 ба ҳам расиданро оғоз кардаанд.

Ду галактика аввалин бӯсаи худро доштанд.

Якҷояшавии Галактика ғайримуқаррарӣ нест: олам бо намунаҳои галактикаҳо дар марҳилаҳои гуногуни якҷояшавӣ пур мешавад, сохторҳои онҳо бо вазнинӣ вайрон ва таҳриф шуда, шаклҳои аҷибу зебо ташкил мекунанд.

Барои комилан ба галактикаи ягона муттаҳид шудани галактикаҳо миллиардҳо сол лозим аст. Вақте ки астрономҳо ба фазо ба зоҳир назар мекунанд, онҳо танҳо & # 8220snapshots & # 8221 ин раванди дарозмуддати якҷояшударо мебинанд. Ин 2 галактикаи бархӯрд бо 300 миллион соли рӯшноӣ дар бурҷи Комаи Беренисҳо ҷойгиранд, зеро онҳо думҳои дарози ситорагон ва газе мебошанд, ки аз ҳар галактика мебароянд. Дар акси ҳол, бо номи NGC 4676 маъруф аст, ҷуфт дар ниҳоят ба галактикаи ягонаи бузург муттаҳид хоҳад шуд. Тасвир тавассути Wikimedia Commons.

Дар охири поёни миқёси галактикӣ, галактикаҳои ба ном номаълум мавҷуданд, ки аз якчанд сад то то якчанд миллиард ситораро ташкил медиҳанд. Пайдоиши онҳо дақиқ нест. Одатан, онҳо сохтори дақиқи муайяне надоранд. Астрономҳо боварӣ доранд, ки онҳо ба монанди галактикаҳои калонтар, ба монанди Роҳи Каҳкаш таваллуд шудаанд, аммо бо ҳар сабабе, ки онҳо афзоишро қатъ карданд. Онҳо аз вазнинии як галактикаи калонтар ба доми худ афтода, дар атрофи он давр мезананд. Роҳи Каҳкашон тақрибан 20 галактикаи заррин дорад, ки дар атрофи он давр мезананд ва мо медонем, гарчанде ки баъзе моделҳо пешгӯиҳои зиёд доранд.

Ду галактикаи машҳуртарин барои мо заминиён, албатта, абрҳои Магелланики Хурд ва Калон мебошанд, ки ба чашми беасос дар осмони нимкураи ҷанубӣ & # 8217s намоёнанд.

Дар ниҳоят, ин ва дигар галактикаҳои карахтӣ бо зарби титаникии ҷозибаи Роҳи Каҳкаш ҷудо мешаванд ва ҷараёни ба назар намоёни ситораҳоро дар осмон гузошта, оҳиста-оҳиста дар эонҳо пароканда мешаванд.

Линтон Браун ин тасвири зебои Каҳкашон дар болои кӯли Тейлор дар наздикии Хоршам, Австралия, 22 апрели соли 2019 аксбардорӣ шудааст. 2 объект дар тарафи рост Абрҳои Магеллан мебошанд. Ташаккур, Линтон!

Чунин мешуморанд, ки тамоми галактикаҳо давр мезананд: масалан, Роҳи Каҳкашон як маротиба чарх занад 226 миллион солро дар бар мегирад. Бинобар ин, аз рӯзи таваллудаш Замин дар атрофи галактика 20 маротиба сайр кардааст.

Дар маркази аксари галактикаҳо як сурохи сиёҳи азимҷуссаи миллионҳо ва ҳатто миллиардҳо массаи офтобӣ ниҳон аст. Рекордсмени TON 618, вазни он нисбат ба офтоби мо 66 миллиард маротиба зиёд аст.

Пайдоиш ва эволютсияи сӯрохиҳои сиёҳпӯшаки калон хуб дарк карда нашудаанд. Чанд сол пеш астрономҳо як далели ҳайратоварро кашф карданд: дар галактикаҳои спиралӣ массаи сурохи сиёҳи супермассив бо массаи барҷастагии галактикӣ робитаи мустақими хатӣ дорад. Сӯрохи сиёҳ ҳар қадар омма дошта бошад, ҳамон қадар ситорагон дар болишт зиёдтаранд. Ҳеҷ кас дақиқ намедонад, ки ин муносибат чӣ гуна аст, аммо ба назар чунин мерасад, ки мавҷудияти он нишон медиҳад, ки афзоиши аҳолии ситоравии галактика ва сӯрохи сиёҳи супермассивии он ба ҳам пайванди ногусастанӣ доранд.

Ин кашфиёт дар ҳолест, ки астрономҳо дарк мекунанд, ки сурохи сиёҳи супермассив метавонад сарнавишти галактикаи мизбони худро идора кунад: миқдори зиёди шуоъҳои электромагнитӣ, ки аз гирдоби мавод дар атрофи сӯрохи сиёҳи марказӣ, маъруф ба диски афзоиш, метавонад абрҳои гидрогенаи байниситораро тела диҳад ва пароканда кунад, ки аз он ситораҳои нав ба вуҷуд меоянд. Ин ҳамчун газгузар дар қобилияти галактика барои таваллуди ситораҳои нав амал мекунад. Дар ниҳояти кор, пайдоиши худи ҳаёт метавонад ба фаъолияти сӯрохиҳои сиёҳи супермассив вобаста бошад. Ин як соҳаи тадқиқоти хеле ҷории аст.

While astronomers still know very little about exactly how galaxies formed in the first place – we see them in their nascent forms existing only a few hundred million years after the Big Bang – the study of galaxies is an endless voyage of discovery.

Less than a hundred years after it was realized that other galaxies beside our own exist, we have learned so much about these grand, majestic star cities. And there is still much to learn.

Bottom line: What is a galaxy? Learn about these starry islands in space.


How is a Galaxy formed? - Астрономия

All galaxies began forming at about the same time approximately 13 billion years ago. The origin of galaxies and how they changed over billions of years is an active field of research in astronomy today. Models for galaxy formation have been of two basic types: "top-down" and "bottom-up". The "top-down" model on the origin of the galaxies says that they formed from huge gas clouds larger than the resulting galaxy. The clouds began collapsing because their internal gravity was strong enough to overcome the pressure in the cloud. If the gas cloud was slowly rotating, then the collapsing gas cloud formed most of its stars before the cloud could flatten into a disk. The result was an elliptical galaxy. If the gas cloud was rotating faster, then the collapsing gas cloud formed a disk before most of the stars were made. The result was a spiral galaxy. The rate of star formation метавонад be the determining factor in what type of galaxy will form. But, perhaps the situation is reversed: the type of galaxy determines the rate of star formation. Which is the "cause" and which is the "effect"?

A variation of the "top-down" model says that there were extremely large gas clouds that fragmented into smaller clouds. Each of the smaller clouds then formed a galaxy. This explains why galaxies are grouped in clusters and even clusters of galaxy clusters (superclusters). However, the model predicts a very long time for the collapse of the super-large clouds and fragmentation into individual galaxy clouds. There should still be galaxies forming today. Astronomers looking for these nearby young galaxies focus their attention on the galaxies with very small amounts of "metals" (elements heavier than helium), particularly those with low percentages of oxygen. Recall from the stellar nucleosynthesis section that the metals are made from the stars and oxygen is the third most abundant element in the universe. Younger galaxies with younger generations of stars will have less pollution of metals in them.

The first nearby oxygen-poor galaxy discovered is "I Zwicky 18", just 60 million light years away. It has just 2.6% the amount of oxygen as the Milky Way and appears to have begun forming stars only 500 million years ago. However, further observations have revealed it does have much older stars as well and we're seeing it undergo a burst of star formation now. Its oxygen-poor composition may be due to unpolluted gas falling into the galaxy.

Another even nearer oxygen-poor galaxy, Leo P, is just 5 million light years away and has a very low star formation rate, just 1/50,000 the rate of the Milky Way. Like I Zwicky 18, Leo P also contains very old stars as well. Due to its small mass, Leo P wasn't able to hold on to its metals as supernovae blasted the metals away. It still has gas in it to make stars because it hasn't passed close to a large galaxy and had the gas stolen yet. The current record-holder for lack of oxygen is J0811+4730 with just 1.7% the amount of oxygen as the Milky Way. It is 620 million light years away and it is undergoing a burst of star formation now. Rather than being truly young galaxies, these and other oxygen-poor galaxies have kept low levels of metals because of their environment and small mass. Astronomers are now using these oxygen-poor galaxies to better understand how the universe's first galaxies formed stars billions of years ago. Observations and computer simulations show that the "bottom-up" model is how galaxies developed.

The "bottom-up" model builds galaxies from the merging of smaller clumps about the size of a million solar masses (the sizes of the globular clusters). These clumps would have been able to start collapsing when the universe was still very young. Then galaxies would be drawn into clusters and clusters into superclusters by their mutual gravity. This model predicts that there should be many more small galaxies than large galaxies---that is observed to be true. The dwarf irregular galaxies may be from cloud fragments that did not get incorporated into larger galaxies. Also, the galaxy clusters and superclusters should still be in the process of forming---observations suggest this to be true, as well.

The radio galaxy MRC 1138-262, also called the "Spiderweb Galaxy" is a large galaxy in the making. At 10.6 billion light years away, we see it in the process of forming only 3 billion years after the Big Bang. Note the small, thin "tadpole" and "chain" galaxies that are merging together to create a giant galaxy.

Astronomers are now exploring formation models with supercomputer simulations that incorporate the dark matter which makes up most of the matter in the universe. Huge dark matter clumps the size of superclusters gather together under the action of gravity into a network of filaments to make the "cosmic web" described in the previous section. Where the dark matter filaments intersect, regular matter concentrates into galaxies and galaxy clusters. The densest places with many intersecting filaments would have had more rapid star formation to make the elliptical galaxies while the lower density concentrations along more isolated filaments would have made the spiral galaxies and dwarf galaxies. In such a model, the visible galaxies ablaze in starlight are like the tip of an iceberg---the visible matter is at the very densest part of much larger dark matter chunks. Some dark matter clumps may have cold hydrogen and helium gas making "dark galaxies" that have not become concentrated enough to start star formation (see also the news site of the Dragonfly Telescope Array).

A dark matter map was published at the beginning of 2007 that probed the dark matter distribution over a large expanse of sky and depth (distance---see the "Distribution of Dark Matter" figure below). The map is large enough and has high enough resolution to show the dark matter becoming more concentrated with time. The map stretches halfway back to the beginning of the universe. It also shows the visible matter clumping at the densest areas of the dark matter filaments (see the "Distribution of Visible and Dark Matter" figure below). The dark matter distribution was measured by the weak gravitational lensing of the light from visible galaxies by the dark matter (see the relativity chapter).

Galaxy Collisions and Mergers

Collisions take place over very long timescales compared to the length of our lifetime---several tens of millions of years. In order to study the collisions, astronomers use powerful computers to simulate the gravitational interactions between galaxies. The computer can run through a simulation in several hours to a few days depending on the computer hardware and the number of interacting points. The results are checked with observations of galaxies in different stages of interaction. Note that this is the same process used to study the evolution of stars. The physics of stellar interiors are input into the computer model and the entire star's life cycle is simulated in a short time. Then the results are checked with observations of stars in different stages of their life.

In the past, computer simulations used several million points to represent a galaxy to save on computer processing time. A simulation of several million points could take many weeks to process. However, galaxies are made of billions to trillions of stars, so each point in the simulation actually represented large clusters of stars. The simulations were said to be of "low resolution" because many individual stars were smeared together to make one mass point in the simulation. The resolution of a computer simulation does affect the result, but it is not known how much of the result is influenced by the resolution of the simulation and how much the ignorance of the physics plays a role. Computer hardware speeds and the programming techniques have greatly improved, so astronomers are now getting to the point where they can run simulations with several billion mass points in a few weeks time. The computer simulations are also now incorporating more physical effects than just gravity and simplified hydrodynamics (gas motion) such as star formation, supernovae, formation of very large black holes at the centers of galaxies, electromagnetic fields, and other processes associated with ordinary matter. While dark matter makes up most of the matter in the universe and acts by the force of gravity alone, it turns out that smaller-scale effects from ordinary matter can make a significant impact on the structure and evolution of galaxies and clusters, much like differences in seasonings and leavening can greatly change the taste and texture of a baked clump of flour.

When two galaxies collide the stars will pass right on by each other without colliding. The distances between stars is so large compared to the sizes of the stars that star-star collisions are very rare when the galaxies collide. The orbits of the stars can be radically changed, though. Gravity is a long-range force and is the primary agent of the radical changes in a galaxy's structure when another galaxy comes close to it. Computer simulations show that a small galaxy passing close to a disk galaxy can trigger the formation of spiral arms in the disk galaxy. Alas! The simulations show that spiral arms formed this way do not last long. Part of the reason метавонад be in the low resolution of the simulations.

The stars may be flung out from the colliding galaxies to form long arcs. Several examples of very distorted galaxies are seen with long antenna-like arcs. In some collisions a small galaxy will collide head-on with a large galaxy and punch a hole in the large galaxy. The stars are not destroyed. The star orbits in the large galaxy are shifted to produce a ring around a compact core.

Select the "Antennae Galaxies formation movie" link below to show a movie of a computer simulation from Joshua Barnes showing the formation of the Antennae Galaxies. It is a Quicktime movie, so you will need a Quicktime viewer. The red particles are the dark matter particles and the white and green are stars and gas, respectively. Other collision movies are available on Barnes' Galaxy Transformations web site and on Chris Mihos' Galaxy Collisions and Mergers website.

Here are some photographs of examples of these collisions. The first is the Antennae Galaxies (NGC 4038 & NGC 4039) as viewed from the ground (left) and from the Hubble Space Telescope (right). Note the large number of H II regions produced from the collision. The second is the Cartwheel Galaxy as seen by the Hubble Space Telescope. A large spiral was hit face-on by one of the two galaxies to the right of the ring. The insets on the left show details of the clumpy ring structure and the core of the Cartwheel. Selecting the images will bring up an enlarged version in another window. See Mihos' galaxy modelling website for simulations of the creation of the Cartwheel Galaxy.

The gas clouds in galaxies are much larger than the stars, so they will very likely hit the clouds in another galaxy when the galaxies collide. When the clouds hit each other, they compress and collapse to form a lot of stars in a short time. Galaxies undergoing such a burst of star formation are called starburst galaxies and they can be the among the most luminous of galaxies.


Messier 82 (a starburst in the M81 group)

Though typical galaxy collisions take place over what to us seems a long timescale, they are short compared to the lifetimes of galaxies. Some collisions are gentler and longer-lasting. In such collisions the galaxies can merge. Computer simulations show us that the big elliptical galaxies can form from the collisions of galaxies, including spiral galaxies. Elliptical galaxies formed in this way have faint shells of stars or dense clumps of stars that are probably debris left from the merging process. Mergers of galaxies to form ellipticals is probably why ellipticals are common in the central parts of rich clusters. The spirals in the outer regions of the clusters have not undergone any major interactions yet and so retain their original shape. Large spirals can merge with small galaxies and retain a spiral structure.

Some satellite galaxies of the Milky Way are in the process of merging with our galaxy. The dwarf elliptical galaxy SagDEG in the direction of the Milky Way's center is stretched and distorted from the tidal effects of the Milky Way's strong gravity. The Canis Major Dwarf galaxy about 25,000 light years from us is in a more advanced stage of "digestion" by the Milky Way---just the nucleus of a former galaxy is all that is left. A narrow band of neutral hydrogen from other satellite galaxies, the Magellanic Clouds, appears to be trailing behind those galaxies as they orbit the Milky Way. The band of hydrogen gas, called the "Magellanic Stream", extends almost 90 degrees across the sky away from the Magellanic Clouds and may be the result of an encounter they experienced with the Milky Way about 200 million years ago. At least eight other streams in the Milky Way from other dwarf galaxies have been found. The Andromeda Galaxy and the Milky Way will collide with each other 4.5 billion years from now and over the following two billion years after that initial encounter, they will merge to form an elliptical galaxy. The smaller spiral galaxy of the Local Group, the Triangulum Galaxy (M33) will also probably merge with us after that. (See the 2012 Hubblesite.org story which pegged the collision at 3.9 billion years from now for images and videos of the future collision.)

The giant ellipticals (called "cD galaxies") found close to the centers of galaxies were formed from the collision and merging of galaxies. When the giant elliptical gets large enough, it can gobble up nearby galaxies whole. This is called galactic cannibalism. The cD galaxies will have several bright concentrations in them instead of just one at the center. The other bright points are the cores of other galaxies that have been gobbled up.

Messier 87 (a cD galaxy that has grown large by swallowing smaller galaxies)

If collisions and mergers do happen, then more interactions should be seen when looking at regions of space at very great distances. When you look out to great distances, you see the universe as it was long ago because the light from those places takes such a long time to reach us over the billions of light years of intervening space. Edwin Hubble's discovery of the expansion of the universe means that the galaxies were once much closer together, so collisions should have been more common. Pictures from the Hubble Space Telescope of very distant galaxies show more distorted shapes, bent spiral arms, and irregular fragments than in nearby galaxies (seen in a more recent stage of their evolution).


The Hubble Ultra Deep Field (HUDF)---a narrow look back through time past many intervening galaxies to the universe as it looked billions of years ago near the start of the expansion. There were more distorted (interacting) galaxies back then! The larger fuzzy patches in the picture are closer galaxies and the smallest bright points are very distant galaxies. It is a 278-hour exposure (over 412 orbits) of a single piece of sky in the Fornax constellation.

In early 2010, astronomers announced that they were able to detect galaxies from the time of just 600 million to 800 million years after the birth of the universe (the Big Bang) using the new camera on the Hubble Space Telescope. A later study in 2012 found a cluster of galaxies beginning to form 600 million years after the Big Bang. Another study in 2012 called the Extreme Deep Field honed in on the center of the HUDF and detected galaxies forming just 450 million years after the Big Bang. A very deep look with the Spitzer Space Telescope in 2019 at two other patches of sky near the HUDF patch was able to get spectra of the H II regions (emission nebulae) in 135 galaxies at a stage less than a billion years after the Big Bang. Although these nebulae glow in the visible band, the light has been greatly redshifted into the infrared by the expansion of the universe to be detectable by Spitzer. It found that the early galaxies produced much more ionizing radiation that do modern galaxies. A detailed analysis of these early galaxies to figure out why they are so different than modern galaxies will have to wait until the much larger James Webb Space Telescope is trained on them.

The formation of galaxies is one major field of current research in astronomy. Astronomers are close to solving the engineering problem of computer hardware speeds and simulation techniques so that they can focus on the physical principles of galaxy formation. One major roadblock in their progress is the lack of understanding of the role that dark matter plays in the formation and interaction of galaxies. Since the dark matter's composition is unknown and how far out it extends in the galaxies and galaxy clusters is only beginning to be mapped (and see also link), it is not known how to best incorporate it into the computer simulations. Faced with such ignorance of the nature of dark matter, astronomers try inputting different models of the dark matter into the simulations and see if the results match the observations. As mentioned in the previous section, models that use "cold dark matter" of "WIMPs" provide the best fit to the observed structures. The recent discovery of "dark energy" is another major unknown in galaxy evolution models, though its effect may be more important to the future of the universe than to the origin and early history of the galaxies in which gravity and gas dynamics played the significant role. On the observational side, the earliest stages of galaxy formation can be studied spectroscopically only in the infrared due to the expansion of the universe, so large infrared space telescopes like Webb (launch date in early 2021) or the Wide Field Infrared Survey Telescope (launch date in 2025) are required to test the computer models.

There will be many new fundamental discoveries made in the coming years, so this section of the web site will surely undergo major revisions of the content. Although the content of our knowledge will be changed and expanded, the process of figuring out how things work will be the same. Theories and models will be created from the past observations and the fundamental physical laws and principles. Predictions will be made and then tested against new observations. Nature will veto our ideas or say that we are on the right track. Theories will be dropped, modified, or broadened. Having to reject a favorite theory can be frustrating but the excitement of meeting the challenge of the mystery and occasionally making a breakthrough in our understanding motivates astronomers and other scientists to keep exploring.


Galaxies in the Infant Universe Were Surprisingly Mature

Massive galaxies were already much more mature in the early universe than previously expected. This was shown by an international team of astronomers who studied 118 distant galaxies with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

Most galaxies formed when the universe was still very young. Our own galaxy, for example, likely started forming 13.6 billion years ago, in our 13.8 billion-year-old universe. When the universe was only ten percent of its current age (1-1.5 billion years after the Big Bang), most of the galaxies experienced a “growth spurt”. During this time, they built up most of their stellar mass and other properties, such as dust, heavy element content, and spiral-disk shapes, that we see in today’s galaxies. Therefore, if we want to learn how galaxies like our Milky Way formed, it is important to study this epoch.

In a survey called ALPINE (the ALMA Large Program to Investigate C+ at Early Times), an international team of astronomers studied 118 galaxies experiencing such a “growth spurt” in the early universe. “To our surprise, many of them were much more mature than we had expected,” said Andreas Faisst of the Infrared Processing and Analysis Center (IPAC) at the California Institute of Technology (Caltech).

Galaxies are considered more “mature” than “primordial” when they contain a significant amount of dust and heavy elements. “We didn’t expect to see so much dust and heavy elements in these distant galaxies,” said Faisst. Dust and heavy elements (defined by astronomers as all elements heavier than hydrogen and helium) are considered to be a by-product of dying stars. But galaxies in the early universe have not had much time to build stars yet, so astronomers don’t expect to see much dust or heavy elements there either.

“From previous studies, we understood that such young galaxies are dust-poor,” said Daniel Schaerer of the University of Geneva in Switzerland. “However, we find around 20 percent of the galaxies that assembled during this early epoch are already very dusty and a significant fraction of the ultraviolet light from newborn stars is already hidden by this dust,” he added.

Many of the galaxies were also considered to be relatively grown-up because they showed a diversity in their structures, including the first signs of rotationally supported disks – which may later lead to galaxies with a spiral structure as is observed in galaxies such as our Milky Way. Astronomers generally expect that galaxies in the early universe look like train wrecks because they often collide. “We see many galaxies that are colliding, but we also see a number of them rotating in an orderly fashion with no signs of collisions,” said John Silverman of the Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe in Japan.

ALMA has spotted very distant galaxies before, such as MAMBO-9 (a very dusty galaxy) and the Wolfe Disk (a galaxy with a rotating disk). But it was hard to say whether these discoveries were unique, or whether there were more galaxies like them out there. ALPINE is the first survey that enabled astronomers to study a significant number of galaxies in the early universe, and it shows that they might evolve faster than expected. But the scientists don’t yet understand how these galaxies grew up so fast, and why some of them already have rotating disks.

Observations from ALMA were crucial for this research because the radio telescope can see the star formation that is hidden by dust and trace the motion of gas emitted from star-forming regions. Surveys of galaxies in the early universe commonly use optical and infrared telescopes. These allow the measurement of the unobscured star formation and stellar masses. However, these telescopes have difficulties measuring dust obscured regions, where stars form, or the motions of gas in these galaxies. And sometimes they don’t see a galaxy at all. “With ALMA we discovered a few distant galaxies for the first time. We call these Hubble-dark as they could not be detected even with the Hubble telescope,” said Lin Yan of Caltech.

To learn more about distant galaxies, the astronomers want to point ALMA at individual galaxies for a longer time. “We want to see exactly where the dust is and how the gas moves around. We also want to compare the dusty galaxies to others at the same distance and figure out if there might be something special about their environments,” added Paolo Cassata of the University of Padua in Italy, formerly at the Universidad de Valparaíso in Chile.

ALPINE is the first and largest multi-wavelength survey of galaxies in the early universe. For a large sample of galaxies the team collected measurements in the optical (including Subaru, VISTA, Hubble, Keck and VLT), infrared (Spitzer), and radio (ALMA). Multi-wavelength studies are needed to get the full picture of how galaxies are built up. “Such a large and complex survey is only possible thanks to the collaboration between multiple institutes across the globe,” said Matthieu Béthermin of the Laboratoire d’Astrophysique de Marseille in France.

The National Radio Astronomy Observatory is a facility of the National Science Foundation, operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc.

Media contact:
Iris Nijman
NRAO News and Public Information Manager
[email protected]

A list of ALPINE publications to date can be found here (including eight papers appearing in Astronomy & amp Astrophysics today): http://alpine.ipac.caltech.edu/#publications

All ALPINE papers are dedicated to the memory of Olivier Le Fèvre, Principal Investigator of ALPINE.

Co-Principal Investigators of ALPINE are:
– Andreas Faisst, Caltech/IPAC, USA
– Lin Yan, Caltech, USA
– Peter Capak, Caltech/IPAC, USA
– John Silverman, Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, Japan
– Matthieu Béthermin, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, France
– Paolo Cassata, University of Padua, Italy
– Daniel Schaerer, University of Geneva, Switzerland

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of the European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere (ESO), the U.S. National Science Foundation (NSF) and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the Ministry of Science and Technology (MOST) and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

ALMA construction and operations are led by ESO on behalf of its Member States by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), managed by Associated Universities, Inc. (AUI), on behalf of North America and by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) on behalf of East Asia. The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA.