Πως σχηματίστηκαν οι πρώτοι γαλαξίες στο Σύμπαν;

Πως σχηματίστηκαν οι πρώτοι γαλαξίες στο Σύμπαν;

Όταν ακούμε την λέξη γαλαξίας, συνήθως μας έρχεται στο μυαλό ένα σύστημα όπως αυτό του γαλαξία της Ανδρομέδας, δηλαδή ενός πεπλατυσμένου δίσκου ο οποίος αποτελείται από αστέρια, μεσοαστρικό αέριο και σκόνη (εικόνα 1). Όμως, από τις πρώτες κιόλας παρατηρήσεις αναδείχτηκε μια ποικιλία μορφολογιών, οι οποίες διαφοροποιούνται αρκετά ανάλογα με το που και πότε δημιουργήθηκε ο κάθε γαλαξίας. Επομένως, η μελέτη του σχηματισμού και της εξέλιξης των πρώτων γαλαξιών έχει θεμελιακό ρόλο στην κατανόηση των σημερινών δομών του Σύμπαντος και επακόλουθα του δικού μας Γαλαξία.

Εικόνα 1: Ο γαλαξίας της Ανδρομέδας όπως απεικονίζεται σε διαφορετικά μήκη κύματος, καθένα από τα οποία αποκαλύπτει τα διαφορετικά συστατικά του. Στην πάνω αριστερή εικόνα, η φωτογραφία στο ορατό φάσμα παρουσιάζει την κατανομή των αστεριών. Στην πάνω δεξιά εικόνα, η υπέρυθρη ακτινοβολία δείχνει το μείγμα σκόνης και μεσοαστρικού αερίου από το οποίο σχηματίζονται τα αστέρια. Στην κάτω δεξιά εικόνα, οι ακτίνες Χ υποδεικνύουν υπερκαινοφανείς αστέρες ή διπλά συστήματα. Οι τελευταίες δυο εικόνες συνδυάζονται στο μεσαίο πάνελ, ενώ κάτω αριστερά παρουσιάζεται η σύνθεση όλων των εικόνων. Image Credit: infrared: ESA/Herschel/PACS/SPIRE/J. Fritz, U. Gent; X-ray: ESA/XMM-Newton/EPIC/W. Pietsch, MPE; optical: R. Gendler.

Το αρχέγονο Σύμπαν

Σύμφωνα με το καθιερωμένο μοντέλο (Λ-cold dark matter model), το Σύμπαν δημιουργήθηκε πριν από περίπου 13.8 δισεκατομμύρια έτη μέσω της “Μεγάλης Έκρηξης” την οποία ακολούθησε μια διαδικασία απότομης διαστολής. Χρειάστηκαν αρκετές εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια για να μπορέσει αυτή η διαστολή να μειώσει τη μέση πυκνότητα και να ψύξει το Σύμπαν, έτσι ώστε να διαμορφωθούν οι κατάλληλες συνθήκες για τον σχηματισμό των πρώτων ατόμων υδρογόνου και ηλίου. Μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια έτη μετά, και ενώ το Σύμπαν συνέχισε να ψύχεται λόγω της διαστολής του, τεράστια νέφη από αυτό το αρχέγονο αέριο αποτέλεσαν το υλικό για την δημιουργία των πρώτων αστεριών.

Εκτός από το υδρογόνο και το ήλιο, το Σύμπαν περιείχε μεγάλες συγκεντρώσεις σκοτεινής ύλης, η οποία ενώ αποτελεί ένα θεμελιακό συστατικό του καθιερωμένου μοντέλου, η σύσταση της παραμένει ακόμα άγνωστη. Η συνεισφορά της σκοτεινής ύλης στον σχηματισμό αστεριών και γαλαξιών είναι καίριας σημασίας καθώς, λόγω της βαρυτικής έλξης που ασκούσε στα αέρια νέφη, επιτάχυνε την συσσώρευση και συμπύκνωση τους. Έτσι, τα πυκνά νέφη υδρογόνου/ηλίου μπόρεσαν να γεννήσουν τα πρώτα αστέρια, τα οποία μετέπειτα σχημάτισαν τους πρώτους γαλαξίες — δηλαδή τις πρώτες βαρυτικά συνδεδεμένες δομές σκοτεινής ύλη, αστεριών και αερίων (εικόνα 2).

Εικόνα 2: Το σκίτσο περιγράφει την εξέλιξη του Σύμπαντος από την δημιουργία του (δεξιά) έως και σήμερα (αριστερά), όπως την παρατήρησε το τηλεσκόπιο Hubble. Επίσης αναγράφεται η θέση του πιο μακρινού γαλαξία (GN-z11) τον οποίο μπόρεσε να “δει”. Image Credit: NASA, ESA, P. Oesch and B. Robertson (University of California, Santa Cruz), and A. Feild (STScI).

Σχηματισμός μεγαλύτερων γαλαξιών

Καθώς το Σύμπαν εξελισσόταν, οι αρχικά μικροί σε μέγεθος και μάζα γαλαξίες έλκονταν βαρυτικά μεταξύ τους και συγκρούονταν, σχηματίζοντας έτσι τις μεγάλες δομές τις οποίες παρατηρούμε σήμερα (εικόνα 3). Αυτές οι αλληλεπιδράσεις έχουν την ικανότητα να ανακατανέμουν τα συστατικά των γαλαξιών (σκοτεινή ύλη, αστέρια, αέρια και σκόνη) και να μεταβάλουν τις τροχιές των αστεριών γύρω από το γαλαξιακό κέντρο. Επομένως, είναι υπεύθυνες για την δημιουργία ελλειπτικών, φακοειδών και ακανόνιστων γαλαξιών οι οποίοι έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά από τους σπειροειδείς γαλαξίες. Το πως διαφορετικές περιβαλλοντικές διαδικασίες επηρεάζουν την μορφολογία και τις ιδιότητες των γαλαξιών, θα το δούμε εκτενώς σε επόμενα άρθρα…

Εικόνα 3: Οι τρεις βασικές μορφολογικές κατηγορίες (σπειροειδείς, ελλειπτικοί και ακανόνιστοι) όπως τις όρισε ο Edwin Hubble το 1926, σε 3 διαφορετικές χρονικές στιγμές. Image Credit: NASA, ESA.

Tags: Σκοτεινή Ύλη, Αστέρια, γαλαξίες, Kοσμολογία