Orientação galáctica - Galactic orientation

Aglomerados galácticos são estruturas em grande escala ligadas por gravidade de várias galáxias . A evolução desses agregados é determinada pelo tempo e pela forma de formação e pelo processo de como suas estruturas e constituintes foram mudando com o tempo. Gamow (1952) e Weizscker (1951) mostraram que as rotações observadas das galáxias são importantes para a cosmologia . Eles postularam que a rotação das galáxias pode ser uma pista das condições físicas sob as quais esses sistemas se formaram. Assim, compreender a distribuição das orientações espaciais dos vetores de spin das galáxias é fundamental para compreender a origem dos momentos angulares das galáxias.

Existem basicamente três cenários para a origem de aglomerados e superaglomerados de galáxias . Esses modelos são baseados em diferentes suposições das condições primordiais, portanto, eles predizem diferentes alinhamentos do vetor de spin das galáxias. As três hipóteses são o modelo da panqueca , o modelo da hierarquia e a teoria da vorticidade primordial . Os três são mutuamente exclusivos, pois produzem previsões contraditórias. No entanto, as previsões feitas por todas as três teorias são baseadas nos preceitos da cosmologia. Assim, esses modelos podem ser testados usando um banco de dados com métodos de análise apropriados.

Galáxias

Artigo principal: Galaxy

Uma galáxia é uma grande agregação gravitacional de estrelas, poeira, gás e um componente desconhecido denominado matéria escura . A Via Láctea é apenas uma entre bilhões de galáxias no universo conhecido. As galáxias são classificadas em espirais , elípticas , irregulares e peculiares . Os tamanhos podem variar de apenas alguns milhares de estrelas (anãs irregulares) a 10 13 estrelas em elípticas gigantes. Galáxias elípticas são esféricas ou elípticas na aparência. As galáxias espirais variam de S0, as galáxias lenticulares, a Sb, que têm uma barra ao longo do núcleo, a galáxias Sc, que têm fortes braços espirais. Na contagem total, as elípticas chegam a 13%, S0 a 22%, as galáxias Sa, b, c a 61%, as irregulares a 3,5% e as peculiares a 0,9%.

No centro da maioria das galáxias está uma alta concentração de estrelas mais velhas. Esta porção de uma galáxia é chamada de protuberância nuclear . Além da protuberância nuclear encontra-se um grande disco contendo estrelas jovens e quentes, chamado de disco da galáxia. Há uma separação morfológica: as elípticas são mais comuns em aglomerados de galáxias e, normalmente, o centro de um aglomerado é ocupado por uma elíptica gigante. As espirais são mais comuns no campo, ou seja, não em grupos.

Modelo de Vorticidade Primordial

A teoria da vorticidade primordial prediz que os vetores de spin das galáxias são distribuídos principalmente perpendiculares ao plano do cluster. A vorticidade primordial é chamada de cenário de cima para baixo. Às vezes, também é chamado de modelo de turbulência. No cenário de turbulência, os primeiros proto-aglomerados rotativos achatados se formaram devido à vorticidade cósmica no início do universo. As subsequentes flutuações de densidade e pressão causaram a formação de galáxias.

A ideia de que a formação da galáxia é iniciada pela turbulência primordial tem uma longa história. Ozernoy (1971, 1978) propõe que as galáxias se formam a partir de regiões de alta densidade por trás dos choques produzidos pela turbulência. Segundo a teoria da vorticidade primordial, a presença de grandes velocidades caóticas gera turbulência, que, por sua vez, produz flutuações de densidade e pressão.

Flutuações de densidade na escala de aglomerados de galáxias podem ser ligadas gravitacionalmente, mas as flutuações de massa galáctica são sempre desvinculadas. Galáxias se formam quando redemoinhos de massa galáctica não ligados, expandindo mais rápido do que o fundo do seu aglomerado limitado. Assim, as galáxias em formação colidem umas com as outras conforme os aglomerados começam a se recolher. Essas colisões produzem choques e protogaláxias de alta densidade nas interfaces de redemoinho. Com o colapso dos aglomerados, o sistema de galáxias sofre um violento relaxamento coletivo.

Modelo panqueca

Artigo principal: panqueca Zeldovich

O modelo de panqueca foi proposto pela primeira vez em 1970 por Yakob B. Zel'dovich no Instituto de Matemática Aplicada em Moscou .

O modelo de panqueca prevê que os vetores de spin das galáxias tendem a ficar dentro do plano do cluster. No cenário de panqueca, a formação de aglomerados ocorreu primeiro e foi seguida por sua fragmentação em galáxias devido a flutuações adiabáticas. De acordo com a teoria da instabilidade gravitacional não linear, um crescimento de pequenas inomogeneidades leva à formação de condensações finas, densas e gasosas que são chamadas de `panquecas '. Essas condensações são comprimidas e aquecidas a altas temperaturas por ondas de choque, fazendo com que se fragmentem rapidamente em nuvens de gás. A aglomeração posterior dessas nuvens resulta na formação de galáxias e seus aglomerados.

Instabilidades térmicas, hidrodinâmicas e gravitacionais surgem durante o curso da evolução. Isso leva à fragmentação de proto-aglomerados gasosos e, subsequentemente, ocorre o agrupamento de galáxias. O esquema da panqueca segue três processos simultâneos: primeiro, o gás esfria e novas nuvens de gás frio se formam; em segundo lugar, essas nuvens se aglomeram para formar galáxias; e em terceiro lugar, as galáxias em formação e, até certo ponto, nuvens individuais se aglomeram para formar um aglomerado de galáxias.

Modelo Hierárquico

De acordo com o modelo de hierarquia, as direções dos vetores de spin devem ser distribuídas aleatoriamente. No modelo de hierarquia, as galáxias foram formadas primeiro e então obtiveram seus momentos angulares pela força da maré enquanto se reuniam gravitacionalmente para formar um aglomerado. Essas galáxias crescem pela fusão subsequente de condensações protogalácticas ou mesmo pela fusão de galáxias já totalmente formadas. Nesse esquema, pode-se imaginar que grandes irregularidades, como galáxias, cresceram sob a influência da gravidade a partir de pequenas imperfeições no início do universo.

O momento angular transferido para uma protogaláxia em desenvolvimento pela interação gravitacional do momento quadrupolo do sistema com o campo de maré da matéria.

Referências

Leitura adicional