โปรโตกาแล็กซี
ในจักรวาลวิทยาเชิงฟิสิกส์กาแล็กซีต้นกำเนิดซึ่งอาจเรียกได้ว่า " กาแล็กซีดั้งเดิม " คือกลุ่มก๊าซที่กำลังก่อตัวเป็นกาแล็กซีเชื่อกันว่าอัตราการเกิดดาวฤกษ์ในช่วงวิวัฒนาการของกาแล็กซี นี้ จะเป็นตัวกำหนดว่ากาแล็กซีนั้นจะเป็นกาแล็กซีเกลียวหรือกาแล็กซีวงรี การเกิดดาวฤกษ์ที่ช้ากว่ามักจะทำให้เกิดกาแล็กซีเกลียว กลุ่มก๊าซขนาดเล็กในกาแล็กซีต้นกำเนิดจะ ก่อตัวเป็นดาวฤกษ์
โดยทั่วไปแล้ว คำว่า "โปรโตกาแล็กซี" ได้รับการยอมรับว่าหมายถึง "ต้นกำเนิดของกาแล็กซี (ปกติ) ในปัจจุบัน ในช่วงเริ่มต้นของการก่อตัว" อย่างไรก็ตาม วลี "ช่วงเริ่มต้นของการก่อตัว" นั้นไม่ได้มีการนิยามไว้อย่างชัดเจน อาจนิยามได้ดังนี้: "การระเบิดครั้งใหญ่ครั้งแรกของการก่อตัวดาวฤกษ์ในต้นกำเนิดของกาแล็กซีรูปวงรีในปัจจุบัน"; " ยุค การรวมตัวสูงสุด ของฮาโลมืด ของเศษชิ้นส่วนที่ประกอบกันเป็นกาแล็กซีโดยเฉลี่ยในปัจจุบัน"; "วัตถุที่เป็นก๊าซที่ยังคงอยู่ก่อนที่จะมีการก่อตัวดาวฤกษ์"; หรือ "บริเวณที่มี สสารมืดหนาแน่นเกินไปในเอกภพยุคแรกเริ่มซึ่งมีชะตากรรมที่จะถูกผูกมัดด้วยแรงโน้มถ่วงและยุบตัวลง" [ 1 ]
การก่อตัว
เชื่อกันว่าเอกภพในยุคแรกเริ่มมีการกระจายตัวของสสารและสสารมืดที่เกือบสม่ำเสมอ (อนุภาคแต่ละตัวอยู่ห่างจากอนุภาคถัดไปในระยะเท่ากัน) จากนั้นสสารมืดก็เริ่มรวมตัวกันเป็นก้อนภายใต้แรงดึงดูดเนื่องจากสเปกตรัมการรบกวนความหนาแน่นเริ่มต้นที่เกิดจากความผันผวนของควอนตัม [ 1 ] สิ่งนี้มาจากหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กซึ่งแสดงให้เห็นว่าอาจมีการเปลี่ยนแปลงชั่วคราวเล็กน้อยในปริมาณพลังงานในพื้นที่ว่างเปล่า คู่ ของอนุภาค/ ปฏิอนุภาคสามารถก่อตัวขึ้นจากพลังงานนี้ผ่านความสมดุลของมวลและพลังงานและแรงดึงดูดทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของอนุภาคใกล้เคียงอื่นๆ เข้าหา ทำให้การกระจายตัวที่สม่ำเสมอถูกรบกวนและสร้างจุดศูนย์กลางแรงโน้มถ่วง ดึงอนุภาคใกล้เคียงเข้ามาใกล้กันมากขึ้น เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นในขนาดปัจจุบันของเอกภพ มันจะเล็กน้อยมาก แต่สถานะของความผันผวนเล็กๆ เหล่านี้เมื่อเอกภพเริ่มขยายตัวจากจุดเดียวได้ทิ้งร่องรอยไว้ ซึ่งขยายขนาดขึ้นเมื่อเอกภพขยายตัว ส่งผลให้เกิดพื้นที่ขนาดใหญ่ที่มีความหนาแน่นเพิ่มขึ้น แรงโน้มถ่วงของกลุ่มสสารมืดที่หนาแน่นกว่าเหล่านี้ทำให้สสารใกล้เคียงเริ่มตกลงไปในบริเวณที่หนาแน่นกว่า[ 2 ]มีรายงานว่ากระบวนการประเภทนี้ได้รับการสังเกตและวิเคราะห์โดย Nilsson et al. ในปี 2006 [ 3 ] [ 4 ]ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของกลุ่มก๊าซ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนและดาวฤกษ์ดวงแรกเริ่มก่อตัวขึ้นภายในกลุ่มก๊าซเหล่านี้ กลุ่มก๊าซและดาวฤกษ์ยุคแรกเหล่านี้ ซึ่งมีขนาดเล็กกว่ากาแล็กซีของเราหลายเท่า ถือเป็นโปรโตกาแล็กซีกลุ่มแรก[ 5 ]
ทฤษฎีที่ได้รับการยอมรับคือกลุ่มของโปรโตกาแล็กซีขนาดเล็กถูกดึงดูดเข้าหากันด้วยแรงโน้มถ่วงและชนกัน ซึ่งส่งผลให้เกิดการก่อตัวของกาแล็กซี "ผู้ใหญ่" ที่มีขนาดใหญ่กว่ามากอย่างที่เราเห็นในปัจจุบัน[ 5 ]ซึ่งเป็นไปตามกระบวนการประกอบแบบลำดับชั้น ซึ่งเป็นกระบวนการต่อเนื่องที่วัตถุขนาดใหญ่ก่อตัวขึ้นอย่างต่อเนื่องจากการรวมตัวของวัตถุขนาดเล็ก[ 1 ] [ 6 ]
คุณสมบัติ
องค์ประกอบ
เนื่องจากไม่มีการก่อตัวของดาวฤกษ์ มาก่อน เพื่อสร้างธาตุอื่น ๆ โปรโตกาแล็กซีจึงประกอบขึ้นจากไฮโดรเจนและฮีเลียมเกือบทั้งหมด ไฮโดรเจนจะรวมตัวกันเพื่อสร้างโมเลกุล H2 โดยมีข้อยกเว้นบางประการ7 ] สิ่งนี้จะเปลี่ยนแปลงไปเมื่อการก่อตัวของดาวฤกษ์เริ่มต้นขึ้นและสร้างธาตุมากขึ้นผ่านกระบวนการ ฟิวชั่ นนิวเคลียร์
กลศาสตร์
เมื่อโปรโตกาแล็กซีเริ่มก่อตัว อนุภาคทั้งหมดที่ถูกผูกมัดด้วยแรงโน้มถ่วงของมันจะเริ่มตกลงสู่ศูนย์กลาง เวลาที่ใช้ในการตกลงสู่ศูนย์กลางนี้สามารถประมาณได้โดยใช้สมการการตกลงสู่ศูนย์กลางกาแล็กซีส่วนใหญ่ได้ผ่านขั้นตอนการตกลงสู่ศูนย์กลางนี้จนกลายเป็นกาแล็กซีรูปวงรีหรือกาแล็กซีรูปจานที่มีเสถียรภาพ โดยกาแล็กซีรูปจานใช้เวลานานกว่าในการก่อตัวอย่างสมบูรณ์ การก่อตัวของกระจุกกาแล็กซีใช้เวลานานกว่ามากและยังคงดำเนินอยู่จนถึงปัจจุบัน[ 1 ]ขั้นตอนนี้ยังเป็นขั้นตอนที่กาแล็กซีได้รับโมเมนตัมเชิงมุมส่วนใหญ่ โปรโตกาแล็กซีได้รับโมเมนตัมเชิงมุมนี้เนื่องจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงจากกลุ่มก้อนหนาแน่นที่อยู่ใกล้เคียงในเอกภพยุคแรก และยิ่งก๊าซอยู่ห่างจากศูนย์กลางมากเท่าใด ก็ยิ่งหมุนมากขึ้นเท่านั้น[ 8 ]
ความสว่าง
ความสว่างของกาแล็กซีแรกเริ่มมาจากสองแหล่ง แหล่งแรกและสำคัญที่สุดคือการแผ่รังสีจากการหลอมรวมนิวเคลียร์ของไฮโดรเจนเป็นฮีเลียม ในดาวฤกษ์ยุคแรก การระเบิดของการก่อตัวของดาวฤกษ์ในช่วงแรกนี้เชื่อกันว่าทำให้ความสว่างของกาแล็กซีแรกเริ่มเทียบได้กับกาแล็กซี ที่มีการระเบิดของดาวฤกษ์ในปัจจุบันหรือควาซาร์อีกแหล่งหนึ่งคือการปลดปล่อยพลังงานยึดเหนี่ยวแรงโน้มถ่วง ส่วน เกิน[ 1 ] ความยาวคลื่นหลักที่คาดหวังจากกาแล็กซีแรกเริ่มคือรังสี UV ชนิดหนึ่งที่เรียกว่าLyman-alphaซึ่งเป็นความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาจากก๊าซไฮโดรเจนเมื่อถูกไอออนไนซ์ด้วยรังสีจากดาวฤกษ์[ 1 ] [ 5 ]
การตรวจจับ
ตามทฤษฎีแล้ว กาแล็กซีต้นกำเนิดยังคงสามารถมองเห็นได้ในปัจจุบัน เนื่องจากแสงจากบริเวณที่ไกลที่สุดของจักรวาลใช้เวลานานมากในการเดินทางมาถึงโลก ในบางแห่งใช้เวลานานพอที่เราจะเห็นพวกมันในระยะที่กาแล็กซีต้นกำเนิดเต็มไปด้วยกาแล็กซีต้นกำเนิด มีความพยายามมากมายที่จะค้นหากาแล็กซีต้นกำเนิดด้วยกล้องโทรทรรศน์ในช่วง 30 ปีที่ผ่านมา เนื่องจากคุณค่าของการค้นพบดังกล่าวในการยืนยันวิธีการก่อตัวของกาแล็กซี แต่ระยะทางอันไกลโพ้นที่แสงจะต้องเดินทางเพื่อให้มีอายุมากพอที่จะมาจากกาแล็กซีต้นกำเนิดนั้นมีขนาดใหญ่มาก ประกอบกับข้อเท็จจริงที่ว่าความยาวคลื่นไลแมน-อัลฟาถูกดูดซับโดยฝุ่นได้ง่าย ทำให้นักดาราศาสตร์บางคนคิดว่ากาแล็กซีต้นกำเนิดอาจจะจางเกินไปที่จะตรวจจับได้[ 9 ]
ในปี พ.ศ. 2539 Yee และคณะได้ค้นพบผู้สมัครโปรโตกาแล็กซีโดยใช้เครือข่ายจักรวาลวิทยาเชิงสังเกตการณ์ของแคนาดา (CNOC) วัตถุดังกล่าวเป็นกาแล็กซีรูปทรงจานที่มีค่าเรดชิฟต์ สูง และมีความสว่างสูงมาก[ 10 ]ต่อมามีการถกเถียงกันว่าความสว่างที่เหลือเชื่อนี้เกิดจากการเลนส์โน้มถ่วงของกระจุกกาแล็กซี ที่อยู่ เบื้องหน้า[ 11 ]
ในปี พ.ศ. 2549 K. Nilsson และคณะ รายงานการค้นพบ "ก้อน" ที่ปล่อยรังสี UV ไลแมนอัลฟา การวิเคราะห์สรุปว่านี่คือกลุ่มก๊าซไฮโดรเจนขนาดยักษ์ที่ตกลงมาบนกลุ่มสสารมืดในจักรวาลยุคแรก ทำให้เกิดกาแล็กซีต้นแบบ[ 3 ] [ 4 ]
ในปี พ.ศ. 2550 Michael Rauch และคณะ[ 12 ]ได้ใช้VLTเพื่อค้นหาสัญญาณจากก๊าซระหว่างกาแล็กซี เมื่อพวกเขาพบวัตถุแยกกันหลายสิบชิ้นที่ปล่อยรังสี UV ชนิด Lyman-alpha ในปริมาณมาก พวกเขาสรุปว่าวัตถุทั้ง 27 ชิ้นนี้เป็นตัวอย่างของโปรโตกาแล็กซีเมื่อ 11 พันล้านปีก่อน[ 5 ]
ดูเพิ่มเติม
ลิงก์ภายนอก
- บทวิจารณ์จักรวาล: การก่อตัวและวิวัฒนาการของกาแล็กซี