Теорија за формирање на елиптични галаксии
Елиптичните галаксии се еден од главните типови галаксии во универзумот, заедно со спиралните и неправилните галаксии. Тие имаат тенденција да бидат кружни до овални по форма, со мазна, рамномерно распределена распределба на светлината без посебен образец на спиралните краци. Во споредба со спиралните галаксии, елиптичните галаксии генерално содржат помалку гас и прашина, имаат пониски стапки на формирање нови ѕвезди и доминираат постари, жолтеникави до црвеникави ѕвезди. Големото прашање е: како се формираат елиптичните галаксии? Астрономите развија неколку комплементарни теории и сценарија за формирање, користејќи современи телескопски набљудувања и космолошки симулации за да ја мапираат историјата на галаксиите од раниот универзум до денес.
Карактеристики на елиптичните галаксии како индиции за потеклото
Пред да се дискутира теоријата, важно е да се разберат физичките карактеристики на елиптичните галаксии кои даваат индиции за нивниот процес на формирање. Елиптичните галаксии обично имаат „мазна“ структура бидејќи нивните ѕвезди се распоредени во случајни орбити, наместо претежно да ротираат во една рамнина како спиралните галаксии. Понатаму, многу елиптични галаксии се многу масивни и се наоѓаат во центрите на галактичките јата, што укажува на густа средина и чести меѓугалактички интеракции. Нивните светлосни спектри често покажуваат малку ладен гас, што резултира со ниско формирање на ѕвезди. Овие карактеристики водат до заклучок дека елиптичните галаксии доживеале големи динамички настани кои ги нарушиле орбитите на ѕвездите и го потрошиле или исфрлиле нивниот гас што ги формирал ѕвездите.
Теорија за спојување на галаксии
Една од најпривлечните теории за формирање на елиптични галаксии е теоријата за спојување на галаксии, поточно за големи спојувања. Во ова сценарио, две спирални или галаксии богати со гас се судираат и спојуваат, создавајќи нов, поголем и посферичен систем. Кога ќе се случи судирот, моќните гравитациски сили го нарушуваат движењето на ѕвездите, деформирајќи ги спиралните краци и создавајќи поизотропна ѕвездена распределба - карактеристика на елиптичните галаксии.
За време на спојувањето, меѓуѕвездениот гас претрпува интензивна компресија, предизвикувајќи експлозија на формирање ѕвезди (ѕвездена експлозија). Оваа ѕвездена експлозија може да потроши значителна количина гас за релативно кратко време (космички гледано), а преостанатиот гас може да биде истиснат од ветровите од супернови или од активноста на галактичкото јадро. Откако гасот ќе се разреди, преостанатата галаксија е доминирана од стари ѕвезди, давајќи ѝ „црвен“ и пасивен изглед - карактеристичен за елиптичните галаксии.
Набљудувачките докази за оваа теорија доаѓаат од интерактивните галаксии, како што се системи со плимни опашки, морфолошки нарушувања и бинарни јадра. Некои елиптични галаксии, исто така, покажуваат суптилни структури како што се „школки“ или слаби бранувања, за кои се смета дека се остатоци од минатите динамики на спојување.
Мали спојувања и постепен раст
Не сите елиптични галаксии се формираат од еден единствен, масивен судир. Се смета дека многу галаксии, особено многу масивните, растат преку мали спојувања: поголемите галаксии постојано ги „јадат“ помалите галаксии. Овој процес е постепен, но во текот на милијарди години, може значително да ја зголеми масата и да ја промени структурата на галаксијата.
Малите спојувања можат да ја „надујат“ големината на елиптичните галаксии без значително да ја зголемат нивната централна густина. Ова се совпаѓа со набљудувањето дека масивните елиптични галаксии во младиот универзум честопати изгледаат покомпактни од оние во сегашниот универзум. Со други зборови, елиптичните галаксии можеби прво се формирале компактно, а потоа постепено се прошириле поради акрецијата на мали сателити.
Модел на монолитен колапс (монолитен колапс)
Пред теоријата на спојување да стане доминантна, моделот на монолитно колапсување беше популарен за објаснување на елиптичните галаксии. Во ова сценарио, елиптичните галаксии се формирале многу рано, кога џиновски облак од гас брзо се колабирал под гравитацијата, а потоа брзо формирал ѕвезди за краток период. По налетот на формирање на ѕвезди, гасот се исцрпувал или се загревал, па формирањето на ѕвезди престанало, оставајќи популација од постари ѕвезди.
Овој модел објаснува зошто многу елиптични галаксии имаат многу стари ѕвезди и релативно висока металичност во нивните центри. Брзото формирање на ѕвезди резултира со бројни супернови кои го збогатуваат гасот со тешки елементи, а ова збогатување потоа се „заклучува“ во следната генерација ѕвезди во текот на овој краток период.
Сепак, современите набљудувања укажуваат дека универзумот еволуирал хиерархиски - големи структури формирани од спојувањето на помалите - па затоа чисто монолитен колапс се смета за нецелосен. Сепак, основната идеја останува релевантна како опис на раната фаза: елиптичните галаксии можеби претрпеле многу брзо формирање на ѕвезди во нивните рани денови, а потоа еволуирале преку спојувања и акреција.
Ладење на гас, халоси од темна материја и хиерархиска еволуција
Современите теории за формирање на галаксии не можат да се одвојат од улогата на темната материја. Галаксиите се формираат во рамките на „ореол“ од темна материја што обезбедува гравитациска „рамка“. Барионскиот гас (обичен гас) паѓа во овој ореол, се лади, а потоа формира ѕвезди. Во космологијата ΛCDM (ламбда ладна темна материја), прво се формираат мали ореоли, а потоа се спојуваат во поголеми ореоли. Во густи средини како што се галактичките јата, стапката на спојувања и интеракции е поголема, па затоа формирањето на елиптични галаксии е почесто - во согласност со фактот дека елиптичните галаксии често се наоѓаат во центрите на јата.
Космолошките симулации сугерираат дека масивните елиптични галаксии можат да поминат низ две фази: почетна фаза на брзо формирање на ѕвезди од дојдовен гас (често наречено формирање на ѕвезди in-situ), проследено со фаза на раст преку акреција на ѕвезди од други галаксии (ex-situ), првенствено преку спојувања. Оваа комбинација резултира со галаксии со густи јадра и подифузни ѕвездени ореоли.
Улогата на супермасивните црни дупки и повратната информација (AGN повратна информација)
Речиси сите големи галаксии имаат супермасивна црна дупка во својот центар. Во елиптичните галаксии, оваа црна дупка игра клучна улога во инхибирањето на формирањето на ѕвезди преку механизмот за повратна информација на активното галактичко јадро (AGN). Кога материјата паѓа врз црната дупка, се ослободува огромна енергија во форма на зрачење и млазови. Оваа енергија може да го загрее гасот или дури и да го исфрли од галаксијата, спречувајќи го да биде доволно ладен и густ за да формира ѕвезди.
Повратните информации од AGN помагаат да се објасни зошто масивните елиптични галаксии остануваат изгаснати иако се гравитациски способни да привлекуваат гас. Без овој механизам, симулациите често создаваат галаксии кои продолжуваат да формираат ѕвезди предолго, што е неконзистентно со набљудувањата.
Влијанија од животната средина: галактички јата и губење на гас
Околината, исто така, ги обликува елиптичните галаксии. Во рамките на галактичките јата, жешката меѓугалактичка средина може да го одземе гасот од галаксиите што се движат низ неа, процес наречен одземање на притисокот од рамот. Понатаму, повторените гравитациски интеракции со бројни соседи можат да ја нарушат структурата на спиралните галаксии и да ги намалат нивните резерви на гас. Како резултат на тоа, спиралните галаксии можат да се трансформираат во леќести (S0) галаксии или дури да еволуираат во елиптични галаксии преку повторени спојувања и прекини.
Во густи средини, формирањето на елиптични галаксии станува поефикасно поради два фактори: зголемени можности за судир и посилни механизми за дегазирање. Затоа односот морфологија-густина покажува дека елиптичните галаксии се почести во региони со висока густина на галаксии.
Заклучок
Сегашните теории за формирање на елиптични галаксии се сметаат за резултат на комбинација од неколку процеси, а не за еден единствен механизам. Големите спојувања можат да ги трансформираат спиралните галаксии во елиптични системи со случајни ѕвездени орбити и брзи, но кратки периоди на формирање ѕвезди. Повторените мали спојувања им помагаат на елиптичните галаксии да растат и да се шират со текот на времето. Во исто време, интензивната почетна фаза, слична на моделот на монолитен колапс, останува релевантна за објаснување на стареењето на ѕвездената популација. Сите овие процеси се случуваат во рамките на хиерархиската космологија на темната материја, при што повратните информации од супермасивните црни дупки и влијанието на околината на јатото, кои можат да го одземат гасот, играат клучна улога.
Со појавата на телескопите од новата генерација и симулациите со висока резолуција, астрономите се сè повеќе способни да ја „читаат“ историјата на елиптичните галаксии од нивната ѕвездена дистрибуција, хемиски состав и траги од фина структура. Елиптичните галаксии, кои изгледаат едноставни и мазни од далечина, всушност кријат космичка историја исполнета со судири, постепен раст и екстремни физички процеси кои го обликуваат лицето на универзумот до ден-денес.
