การก่อกำเนิดและวิวัฒนาการของกาแล็กซี

การศึกษาการก่อกำเนิดและวิวัฒนาการของกาแล็กซีเป็นการศึกษาว่ากาแล็กซีเกิดขึ้นได้อย่างไรจากความผันผวนของความหนาแน่นในยุคแรกเริ่ม และเติบโตผ่านการสะสมของแก๊ส การก่อตัวของดาวฤกษ์ การรวมตัวกัน และปฏิกิริยาย้อนกลับตลอดช่วงเวลาของจักรวาล

Definition

การก่อกำเนิดและวิวัฒนาการของกาแล็กซีเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่อธิบายว่ากาแล็กซีมีต้นกำเนิดได้อย่างไรภายในฮาโลสสารมืดที่กำลังเติบโต และเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาผ่านการไหลเข้าและการเย็นตัวของแก๊ส การก่อตัวของดาวฤกษ์ ปฏิกิริยาย้อนกลับที่ให้พลังงานซึ่งควบคุมการเติบโตนั้น และการรวมตัวกับกาแล็กซีอื่นๆ

Scope

สาขาวิชานี้ครอบคลุมการเติบโตตามลำดับชั้นของโครงสร้างจากฮาโลสสารมืด การรวมตัวกันของกาแล็กซีผ่านการรวมตัวและการปฏิสัมพันธ์ การควบคุมการก่อตัวของดาวฤกษ์โดยการจัดหาแก๊สและปฏิกิริยาย้อนกลับ และวิวัฒนาการที่สังเกตได้ของประชากรกาแล็กซีตั้งแต่อดีตของเอกภพจนถึงปัจจุบัน

Sub-topics

• การรวมตัวและการปฏิสัมพันธ์ของกาแล็กซี
• การก่อกำเนิดโครงสร้างแบบลำดับชั้น
• ดาราจักรเรดชิฟต์สูงและวิวัฒนาการของเอกภพ
• การก่อกำเนิดดาวฤกษ์และปฏิกิริยาย้อนกลับในกาแล็กซี

Core questions

• กาแล็กซีเกิดขึ้นได้อย่างไรภายในใยจักรวาลของฮาโลสสารมืด?
• การรวมตัวและการปฏิสัมพันธ์มีบทบาทอย่างไรในการสร้างรูปร่างกาแล็กซี?
• การก่อตัวของดาวฤกษ์ถูกควบคุมโดยการจัดหาแก๊สและปฏิกิริยาย้อนกลับได้อย่างไร?
• ประชากรกาแล็กซีมีวิวัฒนาการอย่างไรตลอดช่วงเวลาของจักรวาล?

Key theories

การก่อตัวตามลำดับชั้นสองขั้นตอน

White และ Rees เสนอว่าฮาโลสสารมืดก่อตัวขึ้นก่อนโดยการยุบตัวและรวมกลุ่มกันด้วยแรงโน้มถ่วง หลังจากนั้นแก๊สจะเย็นตัวลงภายในฮาโลสสารมืดเหล่านั้นเพื่อก่อตัวเป็นกาแล็กซีที่ส่องสว่าง ซึ่งเป็นการวางกรอบสำหรับทฤษฎีสมัยใหม่

การเติบโตที่ควบคุมด้วยปฏิกิริยาย้อนกลับ

พลังงานจากซูเปอร์โนวาและนิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์ทำให้แก๊สร้อนขึ้นและขับไล่แก๊สออกไป ซึ่งยับยั้งการก่อตัวของดาวฤกษ์และสร้างรูปร่างฟังก์ชันมวลของกาแล็กซีภายในแบบจำลองจักรวาลวิทยา

ประวัติการก่อตัวของดาวฤกษ์ในจักรวาล

อัตราการก่อตัวของดาวฤกษ์เฉลี่ยตามปริมาตรเพิ่มขึ้นถึงจุดสูงสุดหลายพันล้านปีหลังบิกแบง และลดลงตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ซึ่งเป็นประวัติที่แบบจำลองวิวัฒนาการของกาแล็กซีที่ประสบความสำเร็จจะต้องจำลองขึ้นมาใหม่

Clinical relevance

การก่อกำเนิดกาแล็กซีเชื่อมโยงจักรวาลวิทยา พลศาสตร์ของแก๊ส การก่อตัวของดาวฤกษ์ และการเติบโตของหลุมดำเข้าไว้ด้วยกันเป็นเรื่องราวเดียวว่าเอกภพที่มองเห็นได้รวมตัวกันได้อย่างไร และเป็นรากฐานทางทฤษฎีสำหรับการตีความการสำรวจเชิงลึกและกล้องโทรทรรศน์ยุคหน้า

History

แนวคิดสมัยใหม่เริ่มต้นด้วยทฤษฎีสองขั้นตอนของ White และ Rees ในปี 1978 ที่เชื่อมโยงกาแล็กซีเข้ากับฮาโลสสารมืด การจำลองเชิงตัวเลขและแบบจำลองกึ่งวิเคราะห์พัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษ 1990 และ 2000 และการสำรวจเชิงลึกได้ทำแผนที่ประวัติการก่อตัวของดาวฤกษ์ในจักรวาล ซึ่งร่วมกันสร้างการก่อตัวตามลำดับชั้นที่ควบคุมด้วยปฏิกิริยาย้อนกลับให้เป็นกรอบมาตรฐาน

Key figures

• Simon White
• Martin Rees
• Piero Madau
• Rachel Somerville

Seminal works

• white1978
• madau2014
• mo2010

Frequently asked questions

กาแล็กซีเกิดขึ้นก่อนหรือหลังฮาโลสสารมืด?

ในแนวคิดมาตรฐาน ฮาโลสสารมืดจะยุบตัวลงก่อนเนื่องจากสสารมืดไม่แผ่พลังงาน จากนั้นแก๊สธรรมดาจะตกลงไปในฮาโลสเหล่านี้ เย็นตัวลง และก่อตัวเป็นดาวฤกษ์ ดังนั้นกาแล็กซีที่ส่องสว่างจึงรวมตัวกันภายในฮาโลสที่มีอยู่ก่อนแล้ว

ทำไมกาแล็กซีจึงหยุดก่อตัวดาวฤกษ์?

กาแล็กซีอาจมีแก๊สเย็นไม่เพียงพอ และปฏิกิริยาย้อนกลับที่มีพลังงานจากซูเปอร์โนวาและนิวเคลียสดาราจักรกัมมันต์จะทำให้แก๊สร้อนขึ้นหรือขับไล่แก๊สออกไป ซึ่งจะยับยั้งการก่อตัวของดาวฤกษ์ สภาพแวดล้อม เช่น การอยู่ในกระจุกกาแล็กซี ก็สามารถทำให้แก๊สที่ใช้ในการก่อตัวดาวฤกษ์หมดไปได้เช่นกัน