Nasterea si moartea unei galaxii

In prezent nu mai putem observa primele galaxii care s-au format dupa big bang, dar caracteristicile galaxiilor vechi ofera suficiente date care pot sugera aspectul probabil al celor mai tinere obiecte care au populat Universul timpuriu.
Viteza luminii este finita, astronomii pot privi, in principiu, inapoi in timp aproape pana la originea Universului, observand obiecte aflate la distante atat de mari incat lumina sosita de la ele a calatorit circa 15 miliarde de ani. Apare astfel posibilitatea tulburatoare ca la aceasta limita sa poata fi observate galaxii in procesul lor de formare. Presupunand ca toate galaxiile s-ar fi format pe aceeasi cale, investigarea acestor galaxii primordiale ne-ar ajuta foarte mult sa putem explica formarea galaxiei noastre, proces estimat a fi inceput acum 13 miliarde de ani.

Cea mai larg acceptata teorie a formarii galaxiilor este teoria instabilitatii gravitationale, care sustine ca galaxiile s-au condensat din fluidul cosmologic fierbinte format intr-o etapa ulterioara a big-bang-ului. Daca intr-o zona a Universului timpuriu s-ar fi intamplat sa existe o densitate mai mare decat a regiunilor din jur, zona ar fi atras gravitational din ce in ce mai mult material inconjurator. Daca o astfel de zona, caracterizata ca o perturbare, era lipsita de presiunea gazului sau a radiatiilor, atunci ea se va contracta sub propria gravitatie si astfel va deveni mai densa. Acest proces de contractie va crea „picaturi” in Universul care pana atunci era omogen.

Scara perturbarilor era probabil cuprinsa intre masa unui roi globular de stele (de 10 la puterea 6 ori masa Soarelui) pana la masa unui mare agregat de galaxii (de 10 la puterea 15 ori masa Soarelui).
Perturbatiile de dimensiunile unei galaxii au fost numite protogalaxii. Initial, fiecare protogalaxie s-a aflat in expansiune cu restul Universului, dar intr-un ritm ceva mai scazut. Peste cateva sute de milioane de ani, ea s-ar fi oprit din expansiune, chiar daca expansiunea Universului continua sa existe. In acest punct, protogalaxia s-ar fi detasat de Univers, fiind libera sa colapseze si sa formeze o galaxie.

Formarea unei galaxii

Pentru ca o protogalaxie sa devina o galaxie, trebuie sa aiba loc doua evenimente. In primul rand, din gazul protogalactic sa se formeze o populatie de stele. Apoi, gazul intergalactic si stelele formate trebuie sa se constituie intr-o structura bine organizata de galaxie.

Cel de-al doilea proces este destul de bine cunoscut, in special din simularile pe calculator. Astfel, se poate urmari direct colapsarea unui model de protogalaxie, rezolvand ecuatiile de miscare a stelelor si a gazului interstelar, sub influenta gravitatiei reciproce.

Stelele, intocmai ca si galaxiile, se formeaza din gazul interstelar, pe seama instabilitatii gravitationale. Dar spre deosebire de galaxii, formarea stelelor nu este, in general, un eveniment spontan, deoarece presiunea gazului interstelar este de obicei suficient de mare pentru a preveni formarea unor perturbatii de marimea stelelor, care sa poata colapsa. Dar daca gazul este comprimat de un eveniment violent, densitatea unei zone poate creste pana la punctul in care gravitatia depaseste presiunea gazului si se poate forma o perturbare locala care sa colapseze formand o stea.

In galaxia noastra, fenomenele violente includ unde de densitate spirale de tipul celei care este responsabila pentru structura discoidala a galaxiei si, de asemenea, undele de soc de la exploziile supernovelor si de la regiunile de gaz ionizat din jurul stelelor masive fierbinti aflate in expansiune.
In alte galaxii, formarea stelelor poate fi, de asemenea, declansata de ciocnirile cu galaxiile vecine sau chiar numai de apropierile foarte mari de acestea.

Intr-o protogalaxie, miscarea proprie de colapsare violenta sta probabil la baza formarii stelelor. O protogalaxie ar putea fi privita ca un sistem de nori de gaz rotindu-se pe orbite si care, in urma coliziunilor reciproce, permit formarea stelelor.

Dar stelele au diferite dimensiuni, iar distribuirea lor in cadrul unui proces general de aparitii de stele a putut fi estimata prin observatiile facute asupra stelelor din vecinatatea Soarelui. Aici au fost observate multe stele avand doar 0.8 din masa Soarelui, dar si unele masive. Stelele masive sunt mai rare, deoarece ele „ard” mai repede si deci, au o viata mai scurta.

Grupuri de galaxii

Putine galaxii exista de unele singure. Majoritatea galaxiilor sunt legate gravitational de alte galaxii. Structurile continand pana la 50 de galaxii sunt numite grupuri de galaxii, iar structurile mai mari, continand multe mii de galaxii inghesuite intr-o arie de cativa megaparseci in diametru sunt numite clustere. Clusterele de galaxii sunt adesea dominate de o galaxie eliptica gigantica, care, cu timpul, distruge galaxiile satelit din jurul ei si le incorporeaza. Superclusterele sunt colectii gigantice continand zeci de mii de galaxii, gasite in clustere, grupuri si cateodata individuale.

Galaxia noastra este membra a Grupului Local, pe care-l domin? impreuna cu galaxia Andromeda; per total, Grupul Local contine cam 30 de galaxii intr-un spatiu de aproximativ un megaparsec diametru. Grupul Local este la randul lui parte componenta a Superclusterului Virgo, care este dominat de Clusterul Virgo (din care Galaxia noastra nu face parte).

Cum mor galaxiile?

Un model de galaxie sferica a fost studiat pe calculator, simulandu-se procesul de colapsare. Galaxiile sferice sunt cele mai stralucitoare si astfel se numara printre candidatii cei mai probabili de galaxii primordiale detectabile. Simularea a aratat ca dupa ce protogalaxia sferica ajunge la o expansiune maxima, gazul sau incepe un proces de contractie, iar norii formati in interiorul sau isi accelereaza miscarile, colizioneaza si formeaza stele. Multe din aceste stele vor continua sa fie active miliarde de ani, iar orbitele lor vor determina forma de ansamblu a galaxiei.
Dar stelele masie, oricum, vor exploda in scurt timp, aruncand cu violenta in gazul intrastelar nucleele elementelor grele sintetizate de reactiile nucleare din interiorul lor.
Dinamica stelelor formate este diferita de cea a gazului. Astfel, orbitele stelelor se conformeaza pur si simplu formei contractate a galaxiei, in timp ce norii de gaz continua sa colizioneze intre ei, incat orbitele lor degenereaza cu timpul si cad incet spre centrul galaxiei. Aceasta comportare a norilor de gaz duce la o accelerare a ciclului de formare a stelelor, a explozilor stelelor masive si implicit a imbogatirii mediului cu elemente grele.

Ingramadirea spre centru a norilor de gaz duce la un ritm maxim de formare a stelelor in aceasta regiune. Pe o raza de cateva mii de ani-lumina, puzderia de stele straluceste puternic, gazul devine incandescent, iar praful format din elementele grele radiaza din plin in domeniul infrarosu. In acest stadiu, galaxia este unul din cele mai stralucitoare obiecte in Univers, de sute de ori mai luminos decat galaxiile din prezent.
Dupa acest stadiu, activitatea galaxiei se opreste brusc. Gazul a fost epuizat, nu a mai ramas nimic care sa mai poata colapsa pentru a forma stele. Stelele stralucitoare care au mai ramas vor arde repede. Pe masura ce stelele cu o durata de viata medie se sting, lasand in urma lor doar pe cele cu luminozitate mai mica, galaxia va deveni mai putin stralucitoare, dar mai stabila, ca o gigantica structura sferica.

Note:

http://ro.wikipedia.org/wiki/Galaxie

„Ce este Universul”, Cecil Folescu.