Elipsinių galaktikų susidarymo teorija
Elipsinės galaktikos yra vienas iš pagrindinių galaktikų tipų Visatoje, kartu su spiralinėmis ir netaisyklingosiomis galaktikomis. Jos paprastai būna apvalios arba ovalios formos, su tolygiu, tolygiu šviesos pasiskirstymu be ryškaus spiralinės atšakos modelio. Palyginti su spiralinėmis galaktikomis, elipsinėse galaktikose paprastai yra mažiau dujų ir dulkių, jose formuojasi lėčiau naujų žvaigždžių ir jose vyrauja senesnės, gelsvos arba rausvos žvaigždės. Svarbiausias klausimas: kaip formuojasi elipsinės galaktikos? Astronomai sukūrė keletą viena kitą papildančių teorijų ir formavimosi scenarijų, naudodamiesi šiuolaikiniais teleskopų stebėjimais ir kosmologiniais modeliavimais, kad sudarytų galaktikų istorijos žemėlapį nuo ankstyvosios Visatos iki šių dienų.
Elipsinių galaktikų charakteristikos kaip užuominos apie kilmę
Prieš aptariant teoriją, svarbu suprasti elipsinių galaktikų fizines savybes, kurios suteikia užuominų apie jų formavimosi procesą. Elipsinės galaktikos paprastai turi „lygią“ struktūrą, nes jų žvaigždės yra pasiskirstę atsitiktinėmis orbitomis, o ne daugiausia sukasi vienoje plokštumoje, kaip spiralinės galaktikos. Be to, daugelis elipsinių galaktikų yra labai masyvios ir išsidėsčiusios galaktikų spiečių centruose, o tai rodo tankią aplinką ir dažną tarpgalaktinę sąveiką. Jų šviesos spektruose dažnai matomas mažas šaltų dujų kiekis, todėl žvaigždžių formavimasis yra mažas. Šios savybės leidžia daryti išvadą, kad elipsinės galaktikos patyrė didelių dinaminių įvykių, kurie sutrikdė žvaigždžių orbitas ir sunaudojo arba išstūmė jų žvaigždes formuojančias dujas.
Galaktikų susijungimo teorija
Viena įtikinamiausių elipsinių galaktikų susidarymo teorijų yra galaktikų susijungimų, o tiksliau – didelių susijungimų, teorija. Šiame scenarijuje dvi spiralinės arba dujomis turtingos galaktikos susiduria ir susijungia, sukurdamos naują, didesnę ir sferiškesnę sistemą. Susidūrimo metu galingos gravitacinės jėgos sutrikdo žvaigždžių judėjimą, deformuodamos spiralines vijas ir sukurdamos izotropiškesnį žvaigždžių pasiskirstymą – būdingą elipsinėms galaktikoms.
Susijungimo metu tarpžvaigždinės dujos patiria stiprų suspaudimą, sukeldamos žvaigždžių formavimosi pliūpsnį (žvaigždžių pliūpsnį). Šis žvaigždžių pliūpsnis per gana trumpą laiką (kosmiškai kalbant) gali sunaudoti didelį kiekį dujų, o likusias dujas gali išstumti supernovų vėjai arba galaktikos branduolio aktyvumas. Dujoms suretėjus, likusioje galaktikoje ima vyrauti senos žvaigždės, todėl ji įgauna „raudoną“ ir pasyvią išvaizdą – būdingą elipsinėms galaktikoms.
Šios teorijos stebėjimo įrodymai gauti iš sąveikaujančių galaktikų, tokių kaip sistemos su potvynio uodegomis , morfologiniai iškraipymai ir dvinariai branduoliai. Kai kurios elipsinės galaktikos taip pat pasižymi subtiliomis struktūromis, tokiomis kaip „apvalkalai“ arba silpni raibuliai, kurie laikomi praeities susijungimo dinamikos liekanomis.
Nedideli susijungimai ir laipsniškas augimas
Ne visos elipsinės galaktikos susidaro iš vieno masyvaus susidūrimo. Manoma, kad daugelis galaktikų, ypač labai masyvios, auga dėl nedidelių susijungimų: didesnės galaktikos nuolat „valgo“ mažesnes galaktikas. Šis procesas yra laipsniškas, tačiau per milijardus metų jis gali žymiai padidinti masę ir pakeisti galaktikos struktūrą.
Nedideli susijungimai gali „išpūsti“ elipsinių galaktikų dydį, reikšmingai nepadidindami jų centrinio tankio. Tai atitinka pastebėjimą, kad masyvios elipsinės galaktikos jaunoje visatoje dažnai atrodo kompaktiškesnės nei dabartinėje visatoje. Kitaip tariant, elipsinės galaktikos galėjo susidaryti iš pradžių kompaktiškai, o vėliau palaipsniui plėstis dėl mažų palydovų akrecijos.
Monolitinio griūties modelis (monolitinis griūtis)
Prieš tai, kai susijungimo teorija tapo dominuojančia, elipsinėms galaktikoms aiškinti buvo populiarus monolitinio kolapso modelis. Pagal šį scenarijų elipsinės galaktikos formavosi labai anksti, kai milžiniškas dujų debesis , veikiamas gravitacijos, greitai kolapsavo, o po to trumpam laikui greitai formavosi žvaigždės. Po žvaigždžių formavimosi protrūkio dujos išeikvojo arba įkaito, todėl žvaigždžių formavimasis nutrūko, paliekant senesnių žvaigždžių populiaciją.
Šis modelis paaiškina, kodėl daugelyje elipsinių galaktikų žvaigždės yra labai senos, o centruose jų metalingumas yra santykinai didelis. Dėl spartaus žvaigždžių formavimosi susidaro daugybė supernovų, kurios praturtina dujas sunkiais elementais, ir šis praturtėjimas per šį trumpą laikotarpį yra „užrakinamas“ kitos kartos žvaigždėse.
Tačiau šiuolaikiniai stebėjimai rodo, kad Visata vystėsi hierarchiškai – didelės struktūros susidarė susiliejus mažesnėms, – todėl grynai monolitinis kolapsas laikomas nepilnu. Vis dėlto pagrindinė idėja išlieka aktuali kaip ankstyvosios fazės aprašymas: elipsinės galaktikos savo ankstyvosiomis dienomis galėjo labai greitai formuotis žvaigždėmis, o vėliau vystėsi susijungimų ir akrecijos būdu.
Dujų aušimas, tamsiosios materijos halai ir hierarchinė evoliucija
Šiuolaikinės galaktikų susidarymo teorijos negali būti atskirtos nuo tamsiosios materijos vaidmens. Galaktikos susidaro tamsiosios materijos „aureole“, kuris suteikia gravitacinį „karkasą“. Barioninės dujos (paprastosios dujos) patenka į šį aureolę, atvėsta ir tada suformuoja žvaigždes. ΛCDM (Lambda šaltosios tamsiosios materijos) kosmologijoje pirmiausia susidaro maži aureoliai, o tada susilieja į didesnius. Tankioje aplinkoje, pavyzdžiui, galaktikų spiečiais, susijungimų ir sąveikų greitis yra didesnis, todėl elipsinės galaktikos susidaro dažniau – tai atitinka faktą, kad elipsinės galaktikos dažnai randamos spiečių centruose.
Kosmologiniai modeliavimai rodo, kad masyvios elipsinės galaktikos gali pereiti dvi fazes: pradinę fazę, kai žvaigždės greitai formuojasi iš į jas patenkančių dujų (dažnai vadinamą žvaigždžių formavimusi vietoje), po kurios seka augimo fazė, kai žvaigždės akrecuojamos iš kitų galaktikų (ex-situ), daugiausia susiliejimų būdu. Dėl šio derinio susidaro galaktikos su tankiais branduoliais ir išsklaidytesniais žvaigždžių halais.
Supermasyvių juodųjų skylių vaidmuo ir grįžtamasis ryšys (AGN grįžtamasis ryšys)
Beveik visos didelės galaktikos centre turi supermasyvią juodąją skylę. Elipsinėse galaktikose ši juodoji skylė atlieka lemiamą vaidmenį slopinant žvaigždžių formavimąsi per aktyvaus galaktikos branduolio (AGN) grįžtamojo ryšio mechanizmą. Kai materija krenta ant juodosios skylės, spinduliuotės ir čiurkšlių pavidalu išsiskiria milžiniška energija. Ši energija gali įkaitinti dujas arba net išstumti jas iš galaktikos, neleisdama joms atvėsti ir būti pakankamai tankioms, kad susidarytų žvaigždės.
AGN grįžtamasis ryšys padeda paaiškinti, kodėl masyvios elipsinės galaktikos lieka užgesintos, nors gravitaciniu požiūriu jos gali pritraukti dujas. Nesant šio mechanizmo, modeliavimai dažnai sukuria galaktikas, kurios per ilgai formuoja žvaigždes, o tai neatitinka stebėjimų.
Aplinkos įtaka: galaktikų spiečiai ir dujų netekimas
Aplinka taip pat formuoja elipsines galaktikas. Galaktikų spiečių viduje karšta tarpgalaktinė terpė gali išstumti dujas iš galaktikų, judančių pro jas, – šis procesas vadinamas dujų išstūmimu. Be to, pasikartojančios gravitacinės sąveikos su daugybe kaimyninių galaktikų gali sutrikdyti spiralinių galaktikų struktūrą ir sumažinti jų dujų atsargas. Dėl to spiralinės galaktikos gali transformuotis į lęšines (S0) galaktikas arba netgi išsivystyti į elipsines galaktikas dėl pasikartojančių susijungimų ir suirimų.
Tankioje aplinkoje elipsinių galaktikų formavimasis tampa efektyvesnis dėl dviejų veiksnių: padidėjusių susidūrimų galimybių ir stipresnių dujų išskyrimo mechanizmų. Štai kodėl morfologijos ir tankio ryšys rodo, kad elipsinės galaktikos dažniau pasitaiko regionuose, kuriuose yra didelis galaktikų tankis.
Išvada
Dabartinės elipsinių galaktikų susidarymo teorijos suprantamos kaip kelių procesų, o ne vieno mechanizmo, derinys. Dideli susijungimai gali paversti spiralines galaktikas elipsinėmis sistemomis su atsitiktinėmis žvaigždžių orbitomis ir greitais, bet trumpais žvaigždžių formavimosi periodais. Pasikartojantys maži susijungimai padeda eliptinėms galaktikoms augti ir plėstis laikui bėgant. Tuo pačiu metu intensyvi pradinė fazė, panaši į monolitinio kolapso modelį, išlieka aktuali aiškinant senstančią žvaigždžių populiaciją. Visi šie procesai vyksta hierarchinėje tamsiosios materijos kosmologijoje, o lemiamą vaidmenį atlieka grįžtamasis ryšys iš supermasyvių juodųjų skylių ir spiečiaus aplinkos, kuri gali atimti dujas, įtaka.
Atsiradus naujos kartos teleskopams ir didelės skiriamosios gebos modeliavimams, astronomai vis geriau geba „skaityti“ elipsinių galaktikų istoriją iš jų žvaigždžių pasiskirstymo, cheminės sudėties ir smulkios struktūros pėdsakų. Elipsinės galaktikos, kurios iš tolo atrodo paprastos ir lygios, iš tikrųjų turi kosminę istoriją, kupiną susidūrimų, laipsniško augimo ir ekstremalių fizikinių procesų, kurie iki šiol formuoja Visatos veidą.
