Protogalaxia - Protogalaxy
Na cosmologia física , uma protogaláxia , que também poderia ser chamada de " galáxia primitiva ", é uma nuvem de gás que está se formando em uma galáxia . Acredita-se que a taxa de formação de estrelas durante este período de evolução galáctica determinará se uma galáxia é uma galáxia espiral ou elíptica ; uma formação estelar mais lenta tende a produzir uma galáxia espiral. Os aglomerados menores de gás em uma protogaláxia se transformam em estrelas .
O próprio termo "protogaláxia" é geralmente aceito como significando "Progenitores das galáxias atuais (normais), nos primeiros estágios de formação". No entanto, os "primeiros estágios de formação" não são uma frase claramente definida. Ele poderia ser definido como: "A primeira grande explosão de formação de estrelas em um progenitor de uma galáxia elíptica atual"; "O pico da época de fusão dos halos escuros dos fragmentos que se reúnem para produzir uma galáxia média hoje"; "Um corpo ainda gasoso antes de qualquer formação de estrela ter ocorrido."; ou "uma região superdensa de matéria escura no início do universo , destinada a se tornar gravitacionalmente ligada e entrar em colapso."
Formação
Pensa-se que o universo primitivo começou com uma distribuição quase uniforme (cada partícula a uma distância igual da seguinte) de matéria e matéria escura. A matéria escura então começou a se agrupar sob a atração gravitacional devido ao espectro de perturbação de densidade inicial causado por flutuações quânticas . Isso deriva do princípio da incerteza de Heisenberg, que mostra que pode haver pequenas mudanças temporárias na quantidade de energia no espaço vazio. Os pares de partículas / antipartículas podem se formar a partir dessa energia por meio da equivalência massa-energia , e a atração gravitacional faz com que outras partículas próximas se movam em sua direção, perturbando a distribuição uniforme e criando um centro de gravidade, puxando as partículas próximas para mais perto. Quando isso acontece no tamanho atual do universo, é insignificante, mas o estado dessas pequenas flutuações quando o universo começou a se expandir a partir de um único ponto deixou uma impressão que aumentou à medida que o universo se expandiu, resultando em grandes áreas de densidade aumentada. A gravidade desses aglomerados mais densos de matéria escura fez com que a matéria próxima começasse a cair na região mais densa. Esse tipo de processo foi supostamente observado e analisado por Nilsson et al. em 2006. Isso resultou na formação de nuvens de gás, predominantemente hidrogênio , e as primeiras estrelas começaram a se formar dentro dessas nuvens. Essas nuvens de gás e estrelas primitivas, muitas vezes menores que nossa galáxia, foram as primeiras protogaláxias.
A teoria estabelecida é que os grupos de pequenas protogaláxias foram atraídos pela gravidade e colidiram, o que resultou na formação de galáxias "adultas" muito maiores que temos hoje. Isso segue o processo de montagem hierárquica, que é um processo contínuo em que corpos maiores são continuamente formados a partir da fusão de corpos menores.
Propriedades
Composição
Como não houve formação estelar anterior para criar outros elementos, as protogaláxias seriam compostas quase inteiramente de hidrogênio e hélio. O hidrogênio se ligaria para formar moléculas de H 2 , com algumas exceções. Isso mudaria à medida que a formação de estrelas começasse e produzisse mais elementos por meio do processo de fusão nuclear .
Mecânica
Assim que uma protogaláxia começa a se formar, todas as partículas ligadas por sua gravidade começam a cair em sua direção. O tempo necessário para a conclusão dessa queda livre pode ser aproximado usando as equações de queda livre . A maioria das galáxias completou este estágio de queda livre para se tornarem galáxias elípticas ou de disco estáveis, os discos demorando mais para se formarem completamente. A formação de aglomerados de galáxias leva muito mais tempo e ainda está em andamento. Este estágio também é onde as galáxias adquirem a maior parte de seu momento angular . Uma protogaláxia adquire isso devido à influência gravitacional de aglomerados densos vizinhos no início do universo, e quanto mais o gás está longe do centro, mais spin ele obtém.
Luminosidade
A luminosidade das protogaláxias vem de duas fontes. Em primeiro lugar, está a radiação da fusão nuclear do hidrogênio em hélio nas estrelas primitivas. Acredita-se que essa explosão inicial de formação de estrelas tenha tornado a luminosidade de uma protogaláxia comparável à de uma galáxia estelar atual ou de um quasar . A outra é a liberação do excesso de energia de ligação gravitacional . O comprimento de onda primário esperado de uma protogaláxia é uma variedade de UV chamada Lyman-alfa , que é o comprimento de onda emitido pelo gás hidrogênio quando ionizado pela radiação de uma estrela.
Detecção
Teoricamente, as protogaláxias ainda podem ser vistas hoje, pois a luz dos confins do universo demora muito para chegar à Terra, em alguns lugares o suficiente para que possamos vê-las no estágio em que são povoadas por protogaláxias. Houve muitas tentativas de encontrar protogaláxias com telescópios nos últimos 30 anos por causa do valor dessa descoberta para confirmar como as galáxias se formam, mas a distância que qualquer luz teria que percorrer para ter idade suficiente para vir de uma protogaláxia é muito grande. Isso, junto com o fato de que o comprimento de onda Lyman-alfa é facilmente absorvido pela poeira, fez alguns astrônomos pensarem que as protogaláxias podem ser muito fracas para serem detectadas.
Em 1996, um candidato a protogalaxia foi descoberto por Yee et al. usando a Rede Canadense de Cosmologia Observacional (CNOC). O objeto era uma galáxia semelhante a um disco em alto redshift com uma luminosidade muito alta. Mais tarde, foi debatido que a incrível luminosidade foi causada pelas lentes gravitacionais de um aglomerado galáctico em primeiro plano .
Em 2006, K. Nilsson et al. relataram ter encontrado uma "bolha" que emite radiação UV Lyman alfa. A análise concluiu que se tratava de uma nuvem gigante de gás hidrogênio caindo sobre um aglomerado de matéria escura no início do universo, criando uma protogaláxia.
Em 2007, Michael Rauch et al. estavam usando o VLT para procurar um sinal de gás intergaláctico, quando avistaram dezenas de objetos discretos emitindo grandes quantidades de radiação UV do tipo Lyman-alfa. Eles concluíram que esses 27 objetos eram exemplos de protogaláxias de 11 bilhões de anos atrás.