Էլիպտիկ գալակտիկաների ձևավորման տեսություն
Էլիպսաձև գալակտիկաները տիեզերքի գալակտիկաների հիմնական տեսակներից մեկն են՝ պարուրաձև և անկանոն գալակտիկաների հետ մեկտեղ: Դրանք հակված են կլորից մինչև օվալաձև ձևի, հարթ, հավասարաչափ բաշխված լույսի բաշխմամբ՝ առանց հստակ պարուրաձև թևերի նախշի: Պարուրաձև գալակտիկաների համեմատ, էլիպսաձև գալակտիկաները, որպես կանոն, պարունակում են ավելի քիչ գազ և փոշի, ունեն նոր աստղերի ձևավորման ավելի ցածր տեմպեր և գերակշռում են ավելի հին, դեղնավունից մինչև կարմրավուն աստղերը: Մեծ հարցն այն է, թե ինչպե՞ս են ձևավորվում էլիպսաձև գալակտիկաները: Աստղագետները մշակել են մի քանի լրացուցիչ տեսություններ և ձևավորման սցենարներ՝ օգտագործելով ժամանակակից աստղադիտակների դիտարկումներ և տիեզերաբանական մոդելավորումներ՝ գալակտիկաների պատմությունը վաղ տիեզերքից մինչև մեր օրերը քարտեզագրելու համար:
Էլիպտիկ գալակտիկաների բնութագրերը որպես ծագման հուշումներ
Մինչև տեսության քննարկումը, կարևոր է հասկանալ էլիպտիկ գալակտիկաների ֆիզիկական բնութագրերը, որոնք հուշում են դրանց ձևավորման գործընթացի մասին: Էլիպտիկ գալակտիկաները սովորաբար ունեն «հարթ» կառուցվածք, քանի որ դրանց աստղերը բաշխված են պատահական ուղեծրերով, այլ ոչ թե հիմնականում պտտվում են մեկ հարթության մեջ, ինչպես պարուրաձև գալակտիկաները: Ավելին, շատ էլիպտիկ գալակտիկաներ շատ զանգվածեղ են և տեղակայված են գալակտիկաների կույտերի կենտրոններում, ինչը վկայում է խիտ միջավայրի և հաճախակի միջգալակտիկական փոխազդեցությունների մասին: Նրանց լույսի սպեկտրները հաճախ ցույց են տալիս քիչ սառը գազ, ինչը հանգեցնում է աստղագոյացման ցածր մակարդակի: Այս բնութագրերը հանգեցնում են այն եզրակացության, որ էլիպտիկ գալակտիկաները ենթարկվել են խոշոր դինամիկ իրադարձությունների, որոնք խաթարել են աստղերի ուղեծրերը և սպառել կամ արտանետել դրանց աստղագոյացման գազը:
Գալակտիկաների միաձուլման տեսություն
Էլիպտիկ գալակտիկաների ձևավորման ամենահամոզիչ տեսություններից մեկը գալակտիկաների միաձուլման, մասնավորապես՝ խոշոր միաձուլումների տեսությունն է: Այս սցենարում երկու պարուրաձև կամ գազով հարուստ գալակտիկաներ բախվում և միաձուլվում են՝ առաջացնելով նոր, ավելի մեծ և ավելի գնդաձև համակարգ: Երբ տեղի է ունենում բախում, հզոր գրավիտացիոն ուժերը խաթարում են աստղերի շարժումը, դեֆորմացնում պարուրաձև թևերը և ստեղծում ավելի իզոտրոպ աստղային բաշխում, որը բնորոշ է էլիպտիկ գալակտիկաներին:
Միաձուլման ժամանակ միջաստղային գազը ենթարկվում է ինտենսիվ սեղմման, ինչը հանգեցնում է աստղագոյացման պայթյունի (աստղային պայթյուն): Այս աստղային պայթյունը կարող է կլանել զգալի քանակությամբ գազ համեմատաբար կարճ ժամանակահատվածում (տիեզերական առումով), իսկ մնացած գազը կարող է դուրս մղվել գերնոր աստղերի քամիների կամ գալակտիկայի միջուկի ակտիվության միջոցով: Գազի նոսրացումից հետո մնացած գալակտիկան գերակշռում են հին աստղերը, ինչը նրան տալիս է «կարմիր» և պասիվ տեսք՝ բնորոշ էլիպտիկ գալակտիկաներին:
Այս տեսության դիտողական ապացույցները ստացվում են փոխազդող գալակտիկաներից, ինչպիսիք են մակընթացային պոչերով , ձևաբանական աղավաղումներով և երկուական միջուկներով համակարգերը: Որոշ էլիպտիկ գալակտիկաներ նաև ցուցաբերում են նուրբ կառուցվածքներ, ինչպիսիք են «կճեպները» կամ թույլ ալիքները, որոնք համարվում են անցյալի միաձուլման դինամիկայի մնացորդներ:
Փոքր միաձուլումներ և աստիճանական աճ
Ոչ բոլոր էլիպտիկ գալակտիկաներն են առաջանում մեկ, զանգվածային բախումից։ Ենթադրվում է, որ շատ գալակտիկաներ, հատկապես շատ զանգվածայինները, աճում են փոքր միաձուլումների միջոցով. ավելի մեծ գալակտիկաները բազմիցս «ուտում» են ավելի փոքր գալակտիկաներ։ Այս գործընթացը աստիճանական է, բայց միլիարդավոր տարիների ընթացքում այն կարող է զգալիորեն մեծացնել զանգվածը և փոխել գալակտիկայի կառուցվածքը։
Փոքր միաձուլումները կարող են «փքել» էլիպտիկ գալակտիկաների չափը՝ առանց զգալիորեն բարձրացնելու դրանց կենտրոնական խտությունը։ Սա համապատասխանում է այն դիտարկմանը, որ երիտասարդ տիեզերքի զանգվածեղ էլիպտիկ գալակտիկաները հաճախ ավելի կոմպակտ են թվում, քան ներկայիս տիեզերքի գալակտիկաները։ Այլ կերպ ասած, էլիպտիկ գալակտիկաները կարող են սկզբում կոմպակտ ձևավորվել, ապա աստիճանաբար ընդարձակվել փոքր արբանյակների կուտակման պատճառով։
Մոնոլիտային փլուզման մոդել
Մինչև միաձուլման տեսության գերիշխող դառնալը, էլիպտիկ գալակտիկաները բացատրելու համար տարածված էր մոնոլիտ փլուզման մոդելը: Այս սցենարում էլիպտիկ գալակտիկաները ձևավորվել են շատ վաղ, երբ հսկայական գազային ամպը արագ փլուզվել է ձգողականության ազդեցության տակ, ապա կարճ ժամանակահատվածում արագորեն ձևավորել է աստղեր: Աստղագոյացման պայթյունից հետո գազը սպառվել կամ տաքացել է, ուստի աստղագոյացումը դադարեցվել է՝ թողնելով ավելի հին աստղերի պոպուլյացիա:
Այս մոդելը բացատրում է, թե ինչու են շատ էլիպտիկ գալակտիկաներ իրենց կենտրոններում ունենում շատ հին աստղեր և համեմատաբար բարձր մետաղականություն։ Արագ աստղագոյացումը հանգեցնում է բազմաթիվ գերնոր աստղերի, որոնք հարստացնում են գազը ծանր տարրերով, և այս հարստացումը այնուհետև «ամրագրվում» է աստղերի հաջորդ սերնդի մեջ այս կարճ ժամանակահատվածում։
Սակայն ժամանակակից դիտարկումները ենթադրում են, որ տիեզերքը զարգացել է հիերարխիկ կերպով՝ խոշոր կառույցներ են ձևավորվել փոքրերի միաձուլումից, ուստի զուտ մոնոլիտ փլուզումը համարվում է անավարտ։ Այնուամենայնիվ, հիմնական գաղափարը մնում է արդիական որպես վաղ փուլի նկարագրություն. էլիպտիկ գալակտիկաները կարող են շատ արագ աստղաձևավորում ապրել իրենց վաղ շրջանում, ապա զարգացել են միաձուլումների և ակրեցիոնացման միջոցով։
Գազի սառեցում, մութ նյութի հալոներ և հիերարխիկ էվոլյուցիա
Գալակտիկաների ձևավորման ժամանակակից տեսությունները չեն կարող առանձնացվել մութ նյութի դերից: Գալակտիկաները ձևավորվում են մութ նյութի «հալոյի» ներսում, որը ապահովում է գրավիտացիոն «շրջանակ»: Բարիոնային գազը (սովորական գազ) ընկնում է այս հալոի մեջ, սառչում է, ապա ձևավորում աստղեր: ΛCDM (Լամբդա սառը մութ նյութ) տիեզերագիտության մեջ նախ ձևավորվում են փոքր հալոներ, ապա միաձուլվում ավելի մեծ հալոների: Գալակտիկաների կույտերի նման խիտ միջավայրերում միաձուլումների և փոխազդեցությունների արագությունն ավելի բարձր է, ուստի էլիպտիկ գալակտիկաների ձևավորումն ավելի հաճախ է լինում՝ համահունչ այն փաստին, որ էլիպտիկ գալակտիկաները հաճախ հանդիպում են կույտերի կենտրոններում:
Կոսմոլոգիական մոդելավորումները ենթադրում են, որ զանգվածեղ էլիպտիկ գալակտիկաները կարող են անցնել երկու փուլի՝ մուտքային գազից արագ աստղագոյացման սկզբնական փուլ (հաճախ անվանում են տեղում աստղագոյացում), որին հաջորդում է աճի փուլ՝ այլ գալակտիկաներից աստղերի կուտակման միջոցով (ex-situ), հիմնականում միաձուլումների միջոցով: Այս համադրությունը հանգեցնում է խիտ միջուկներով և ավելի ցրված աստղային հալոներով գալակտիկաների:
Գերզանգվածային սև խոռոչների դերը և հետադարձ կապը (AGN հետադարձ կապ)
Գրեթե բոլոր խոշոր գալակտիկաները իրենց կենտրոնում ունեն գերզանգվածային սև անցք: Էլիպտիկ գալակտիկաներում այս սև խոռոչը կարևոր դեր է խաղում աստղագուշակման զսպման գործում՝ ակտիվ գալակտիկական միջուկի (AGN) հետադարձ կապի մեխանիզմի միջոցով: Երբ նյութը ընկնում է սև խոռոչի վրա, հսկայական էներգիա է անջատվում ճառագայթման և շիթերի տեսքով: Այս էներգիան կարող է տաքացնել գազը կամ նույնիսկ դուրս մղել այն գալակտիկայից՝ կանխելով դրա սառչելը և բավականաչափ խիտ լինելը՝ աստղեր ձևավորելու համար:
AGN-ի հետադարձ կապը օգնում է բացատրել, թե ինչու են զանգվածային էլիպտիկ գալակտիկաները մնում մարած, նույնիսկ եթե դրանք գրավիտացիոն առումով ընդունակ են գազ գրավելու: Առանց այս մեխանիզմի, մոդելավորումները հաճախ առաջացնում են գալակտիկաներ, որոնք շարունակում են աստղեր ձևավորել չափազանց երկար, ինչը անհամատեղելի է դիտարկումների հետ:
Միջավայրի ազդեցությունները. Գալակտիկաների կույտերը և գազի կորուստը
Միջավայրը նույնպես ձևավորում է էլիպտիկ գալակտիկաները: Գալակտիկաների կույտերի ներսում տաք միջգալակտիկական միջավայրը կարող է պոկել գազը դրա միջով շարժվող գալակտիկաներից, մի գործընթաց, որը կոչվում է խխունջի ճնշման պոկում: Ավելին, բազմաթիվ հարևանների հետ կրկնվող գրավիտացիոն փոխազդեցությունները կարող են խաթարել պարուրաձև գալակտիկաների կառուցվածքը և նվազեցնել դրանց գազի պաշարները: Արդյունքում, պարուրաձև գալակտիկաները կարող են վերափոխվել ոսպնյակավոր (S0) գալակտիկաների կամ նույնիսկ զարգանալ էլիպտիկ գալակտիկաների՝ կրկնվող միաձուլումների և խզումների միջոցով:
Խիտ միջավայրերում էլիպտիկ գալակտիկաների ձևավորումն ավելի արդյունավետ է դառնում երկու գործոնի շնորհիվ՝ բախման հնարավորությունների ավելացման և գազազերծման ավելի ուժեղ մեխանիզմների։ Ահա թե ինչու ձևաբանություն-խտություն կապը ցույց է տալիս, որ էլիպտիկ գալակտիկաներն ավելի տարածված են գալակտիկաների բարձր խտություն ունեցող տարածաշրջաններում։
Եզրակացություն
Էլիպտիկ գալակտիկաների ձևավորման ներկայիս տեսությունները ընկալվում են որպես մի քանի գործընթացների համադրության արդյունք, այլ ոչ թե մեկ մեխանիզմի: Մեծ միաձուլումները կարող են պարուրաձև գալակտիկաները վերածել էլիպտիկ համակարգերի՝ պատահական աստղային ուղեծրերով և աստղագոյացման արագ, բայց կարճ ժամանակահատվածներով: Կրկնվող փոքր միաձուլումները օգնում են էլիպտիկ գալակտիկաներին ժամանակի ընթացքում աճել և ընդարձակվել: Միևնույն ժամանակ, ինտենսիվ սկզբնական փուլը, որը նման է մոնոլիտ փլուզման մոդելին, մնում է արդիական աստղային պոպուլյացիայի ծերացման բացատրության համար: Այս բոլոր գործընթացները տեղի են ունենում հիերարխիկ մութ նյութի տիեզերագիտության շրջանակներում, որտեղ գերզանգվածային սև խոռոչներից հետադարձ կապը և կլաստերային միջավայրի ազդեցությունը, որը կարող է խլել գազը, խաղում են կարևոր դեր:
Նոր սերնդի աստղադիտակների և բարձր թույլտվությամբ սիմուլյացիաների ի հայտ գալու շնորհիվ աստղագետները ավելի ու ավելի շատ են կարողանում «կարդալ» էլիպտիկ գալակտիկաների պատմությունը՝ հիմնվելով դրանց աստղային բաշխման, քիմիական կազմի և նուրբ կառուցվածքի հետքերի վրա: Էլիպտիկ գալակտիկաները, որոնք հեռվից թվում են պարզ և հարթ, իրականում կրում են տիեզերական պատմություն, որը լի է բախումներով, աստիճանական աճով և ծայրահեղ ֆիզիկական գործընթացներով, որոնք ձևավորում են տիեզերքի դեմքը մինչ օրս:
