กาแล็กซีวงแหวน

กาแล็กซีวงแหวน เป็น กาแล็กซีชนิดหนึ่งที่มีโครงสร้างเป็นวงแหวนขนาดใหญ่ ศูนย์กลางกาแล็กซีอาจแยกออกจากโครงสร้างวงแหวน หรืออาจมีรูปร่างเป็นแผ่นต่อเนื่องวัตถุของโฮก (Hoag's Object)ซึ่งค้นพบโดยอาร์เธอร์ โฮก (Arthur Hoag)ในปี 1950 เป็นตัวอย่างของกาแล็กซีวงแหวน^{[ 1 ]}วงแหวนประกอบด้วยดาว สีน้ำเงินขนาดใหญ่และค่อนข้างอายุน้อยจำนวนมาก ซึ่งสว่างมาก บริเวณใจกลางมีสสารเรือง แสงค่อนข้างน้อย นักดาราศาสตร์บางคนเชื่อว่ากาแล็กซีวงแหวนเกิดขึ้นเมื่อกาแล็กซีขนาดเล็กเคลื่อนที่ผ่านใจกลางของกาแล็กซีขนาดใหญ่ เนื่องจากส่วนใหญ่ของกาแล็กซีประกอบด้วยพื้นที่ว่าง การ "ชน" นี้จึงแทบจะไม่ส่งผลให้เกิดการชนกันจริง ๆ ระหว่างดาวฤกษ์ อย่างไรก็ตาม การรบกวน จากแรงโน้มถ่วงที่เกิดจากเหตุการณ์ดังกล่าวอาจทำให้เกิดคลื่นการก่อตัวของดาวฤกษ์เคลื่อนที่ผ่านกาแล็กซีขนาดใหญ่^{[ 2 ]}นักดาราศาสตร์คนอื่น ๆ คิดว่าวงแหวนก่อตัวขึ้นรอบ ๆ กาแล็กซีบางแห่งเมื่อ มี การสะสมมวล จากภายนอก การก่อตัวของดาวฤกษ์จะเกิดขึ้นในวัสดุที่สะสมเนื่องจากแรงกระแทกและการบีบอัดของวัสดุที่สะสม^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

ทฤษฎีการก่อตัว

กระบวนการทั้งหมดที่ก่อให้เกิดกาแล็กซีวงแหวนดูเหมือนจะส่งผลกระทบอย่างมากต่อประชากรดาวฤกษ์ จากการสังเกตสเปกตรัมของโครงสร้างวงแหวน พบว่ามีอัตราการก่อตัวของดาวฤกษ์สูงมากเนื่องจากคลื่นความดันที่แผ่ออกไป^{[ 5 ]}บริเวณเหล่านี้ยังมีค่าความเป็นโลหะสูงมาก ซึ่งสนับสนุนแนวคิดเรื่องวิวัฒนาการของประชากรดาวฤกษ์ภายในวงแหวนอย่างมีนัยสำคัญ^{[ 6 ]}วิธีการที่ทฤษฎีเกี่ยวกับการก่อตัวของกาแล็กซีวงแหวนนั้นรวมถึง แต่ไม่จำกัดเพียง สถานการณ์ที่ระบุไว้ด้านล่าง:

ความไม่เสถียรของแท่ง

ปรากฏการณ์ที่ความเร็วในการหมุนของแถบในกาแล็กซีเกลียวมีแถบเพิ่มขึ้นจนถึงจุดที่การหมุนของเกลียวหยุดนิ่ง ภายใต้สภาวะปกติ คลื่นความหนาแน่นโน้มถ่วงจะส่งเสริมการสร้างแขนเกลียว แต่เมื่อแถบไม่เสถียร คลื่นความหนาแน่นเหล่านี้จะถูกผลักดันออกไปเป็นโครงสร้างวงแหวนโดยแรงดัน แรง และอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของสสารแบริโอนและสสารมืดที่โคจรรอบแถบอย่างรวดเร็ว การเคลื่อนย้ายนี้จะผลักดันดาวฤกษ์ ก๊าซ และฝุ่นที่พบในแขนเกลียวเดิมไปอยู่ในบริเวณคล้ายวงแหวน ก่อตัวเป็นวงแหวน และมักจะจุดประกายการก่อตัวของดาวฤกษ์

กาแล็กซีที่มีโครงสร้างแบบนี้พบได้ในบริเวณที่แถบกาแล็กซีเด่นชัด และทำหน้าที่ "แกะสลัก" วงแหวนของจานกาแล็กซีขณะหมุน ในทางตรงกันข้าม กาแล็กซีแบบวงแหวนก็พบได้ในบริเวณที่แถบกาแล็กซีได้ยุบตัวหรือแตกสลายกลายเป็นส่วนนูนที่แบนราบมาก

ความไม่เสถียรอื่นๆ ได้รับการคาดการณ์ไว้เนื่องจากความไม่สมมาตรที่เกิดจากแขนเกลียว ซึ่งสร้างแรงบิดสุทธิขึ้นอยู่กับรูปแบบของแท่ง แรงบิดนี้สร้างความไม่เสถียรแบบเรโซแนนซ์ที่ผลักดันสสารจากแขนทั้งออกไปด้านนอกและเข้าสู่แกนกลาง ทำให้เกิดโครงสร้างวงแหวนและแกนกลางที่แตกต่างกัน^{[ 7 ]}

อย่างไรก็ตาม จากการสังเกตการณ์พบว่า แท่งกาแล็กซี วงแหวน และแขนก้นหอย มีความสามารถที่จะสลายตัวและก่อตัวขึ้นใหม่ได้ในช่วงเวลาหลายร้อยล้านปี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมระหว่างกาแล็กซีที่มีความหนาแน่นสูง เช่น กลุ่มกาแล็กซีและกระจุกกาแล็กซี ซึ่งอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงมีแนวโน้มที่จะมีบทบาทในการวิวัฒนาการทางสัณฐานวิทยาและทางกายภาพของกาแล็กซีโดยปราศจากอิทธิพลของการชนและการรวมตัวกัน

การชนกันของกาแล็กซี

อีกวิธีหนึ่งที่สังเกตได้ว่ากาแล็กซีรูปวงแหวนสามารถก่อตัวได้คือผ่านกระบวนการที่กาแล็กซีสองดวงขึ้นไปชนกันกาแล็กซี Cartwheel , คู่กาแล็กซีAM 2026-424และArp 147ล้วนเป็นตัวอย่างของกาแล็กซีรูปวงแหวนที่เชื่อว่าก่อตัวขึ้นจากกระบวนการนี้^{[ 7 ]}

ในการชนกันของกาแล็กซีแบบทะลุผ่าน หรือการชนแบบเป้าหมาย กาแล็กซีผู้ให้ที่มีขนาดเล็กกว่ามักจะผ่านเข้าไปในจานของกาแล็กซีเกลียวที่มีขนาดใหญ่กว่า ทำให้เกิดแรงผลักแขนเกลียวออกไปด้านนอกจากแรงโน้มถ่วงของกาแล็กซีขนาดเล็ก ราวกับโยนก้อนหินลงไปในสระน้ำนิ่ง การชนกันเหล่านี้อาจทำให้ส่วนนูนและแกนกลางถูกผลักออกไปจากจานหลัก ทำให้เกิดลักษณะวงแหวนที่เกือบว่างเปล่าเนื่องจากคลื่นกระแทกผลักแขนเกลียวออกไป หรืออาจผลักแกนกลางออกไปทางจาน ทำให้เกิดวงแหวนรูปวงรีโดยที่ส่วนนูนยังคงอยู่ค่อนข้างสมบูรณ์^{[ 8 ]}ในการชนแบบเฉียงและแบบตรงหน้า ลักษณะของวงแหวนที่สมบูรณ์แบบมีโอกาสน้อยกว่า โดยลักษณะที่วุ่นวายและบิดเบี้ยวจะเด่นกว่า ในระบบกาแล็กซีที่ชนกันเหล่านี้ กาแล็กซีแต่ละดวงที่ประกอบกันเป็นระบบวงแหวนมักจะยังคงสามารถสังเกตได้^{[ 7 ]}

เชื่อกันว่าวงแหวนที่เกิดขึ้นจากกระบวนการชนกันเป็นลักษณะชั่วคราวของกาแล็กซีที่ได้รับผลกระทบ โดยมีอายุอยู่เพียงไม่กี่สิบล้านถึงหนึ่งร้อยล้านปี (ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่ค่อนข้างสั้นเมื่อพิจารณาว่าการรวมตัวบางอย่างอาจใช้เวลานานกว่าพันล้านปีจึงจะเสร็จสมบูรณ์) ก่อนที่จะสลายตัว ก่อตัวใหม่เป็นแขนก้นหอย หรือถูกทำลายจากการรบกวนเพิ่มเติมจากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วง^{[ 9 ]}

การสะสมวงแหวน

การสะสมมวลสารระหว่างกาแล็กซี

วิธีการนี้ได้มาจากการอนุมานจากการค้นพบวัตถุของโฮก ร่วมกับการสังเกตการณ์รังสีอัลตราไวโอเลตของกาแล็กซีเกลียวขนาดใหญ่และขนาดใหญ่พิเศษอื่นๆ อีกหลายแห่ง และทฤษฎีการก่อตัวของกาแล็กซีเกลียวในปัจจุบัน

การสังเกตการณ์ด้วยแสง UV แสดงให้เห็นกรณีต่างๆ ของโครงสร้างคล้ายวงแหวนและเกลียวที่จางๆ ของดาวฤกษ์อายุน้อยที่ร้อน ซึ่งก่อตัวขึ้นตามเครือข่ายของก๊าซที่ไหลเข้ามาเย็นตัวลง โดยขยายออกไปไกลจากจานกาแล็กซีที่สว่างไสวที่มองเห็นได้ หากเงื่อนไขเอื้ออำนวย วงแหวนสามารถก่อตัวขึ้นแทนที่โครงสร้างเกลียวได้กาแล็กซีวงแหวนขั้วโลกอาจก่อตัวขึ้นผ่านการสะสมเย็น เนื่องจากก๊าซจากเส้นใยกาแล็กซีไหลเข้าสู่บริเวณจานและฮาโลของกาแล็กซีในช่วงเริ่มต้นของการวิวัฒนาการ การก่อตัวของดาวฤกษ์ที่เกิดขึ้นจะขัดขวางการก่อตัวของโครงสร้างเกลียวในจานดาวฤกษ์ และโครงสร้างวงแหวนที่เสถียรจะถูกสร้างขึ้น ในทำนองเดียวกัน กาแล็กซีรูปวงรีที่มีอยู่ก่อนแล้วอาจประสบกับการสะสมเย็นและส่งผลให้เกิดกาแล็กซีวงแหวนขั้วโลก^{[ 10 ]}

เนื่องจากมีทฤษฎีว่ากาแล็กซีเกลียวบางแห่งก่อตัวขึ้นจากกลุ่มก๊าซระหว่างกาแล็กซีขนาดใหญ่ที่ยุบตัวลง แล้วหมุนตัวก่อตัวเป็นโครงสร้างแผ่นดิสก์ ดังนั้นจึงอาจสันนิษฐานได้ว่าจานวงแหวนสามารถก่อตัวขึ้นแทนที่จานเกลียวได้ หากเงื่อนไขเอื้ออำนวย ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ข้อสันนิษฐานนี้เป็นจริงสำหรับกาแล็กซีที่กำลังก่อตัว หรือกาแล็กซีที่เพิ่งเริ่มก่อตัว และกาแล็กซีเก่าที่เคลื่อนย้ายเข้ามาอยู่ในส่วนของอวกาศที่มีปริมาณก๊าซสูงกว่าตำแหน่งเดิม

การสะสมตัวของกระแสน้ำขึ้นลง

นอกจากการสะสมตัวของตัวกลางระหว่างกาแล็กซีแล้ว ปฏิสัมพันธ์ของกระแสน้ำขึ้นน้ำลงระหว่างกาแล็กซีเจ้าบ้านที่มีก๊าซอุดมสมบูรณ์และกาแล็กซีผู้ให้ในวงโคจรขั้วโลกอาจนำไปสู่การก่อตัวของกาแล็กซีวงแหวนขั้วโลก การสังเกตการณ์บ่งชี้ว่าวงแหวนที่เกิดขึ้นจากการสะสมตัวจะมีมุมเอียงมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวงแหวนที่เกิดขึ้นจากการรวมตัวของกาแล็กซี เนื่องจากโมเมนตัมเชิงมุมบางส่วนจากก๊าซของกาแล็กซีผู้ให้จะสูญเสียไปจากการกระจายตัว ส่งผลให้มุมเอียงสามารถเบี่ยงเบนจากผู้ให้ได้ แบบจำลองการสะสมตัวมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับกาแล็กซีที่มีวงแหวนที่ตัดกับขั้วของส่วนกลาง ตรงข้ามกับวงแหวนที่อยู่ตามระนาบวงโคจรเดียวกัน^{[ 11 ]}