Как образовались первые галактики?
Как образовались первые галактики?
Вселенная заполнена более чем сотней миллиардов отдельных галактик. Большинство звезд и планет во Вселенной находятся внутри галактик. Они бывают самых разнообразных форм и размеров. Некоторые из них спиральные, а некоторые эллиптические. Подобно снежинкам, каждая галактика по-своему уникальна. Откуда взялись эти гигантские скопления звезд и как они сформировались?
Первые звезды
Первые звезды, образовавшиеся во Вселенной, были совсем не похожи на наше солнце. Это были гигантские, массивные голубые звезды, излучавшие большое количество энергии. Вся материя в ранней Вселенной состояла в основном из водорода и гелия. Маловероятно, что у первых звезд были какие-либо планеты, поскольку для образования миров необходимы более тяжелые элементы, а ничего тяжелее лития еще не существовало. Однако пройдет совсем немного времени, прежде чем эти ранние звезды исчерпают свой запас водорода и рассеют свои недавно расплавленные тяжелые элементы в космосе. Внутри каждой звезды водород активно сплавляется с образованием гелия. Этот процесс, называемый ядерным синтезом, довольно прост. Во-первых, у вас есть ядра водорода, состоящие из одного протона. При достаточно высоких температурах и давлениях эти протоны могут сплавляться с образованием дейтерия. При слиянии один протон быстро распадается на нейтрон, и атомные ядра теперь состоят из одного протона и одного нейтрона. Затем два дейтерия могут слиться, образуя единое ядро гелия, содержащее два протона и два нейтрона. Этот процесс является тем, что питает звезды, и он также приводит звезду в состояние равновесия. Внутренней силе притяжения звезды противодействует энергия ядерного синтеза в ядре звезды. Многие звезды продолжат движение вниз по периодической таблице и сформируют различные элементы в результате Тройного альфа-процесса. Как только у нас есть ядра гелия, два могут слиться и образовать ядра бериллия, состоящие из четырех протонов и четырех нейтронов. Теперь ядро бериллия может слиться с ядром гелия, чтобы дать нам элемент, который составляет основу всей жизни на Земле: углерод. На каждом этапе этого процесса у нас также есть ряд побочных продуктов, которые поступают в виде крошечных частиц, наиболее заметной из которых является фотон, который становится светом звезды.
Первые звезды были бы огромными, не похожими ни на что, с чем мы знакомы во Вселенной сегодня. В результате их очень больших масс звезды должны были притягиваться друг к другу благодаря своей взаимной гравитации. Это неизбежно привело к появлению первых скоплений звезд. Звездные скопления обладают еще более сильным гравитационным притяжением, чем просто отдельные звезды, и поэтому они тоже будут притягиваться друг к другу и начнут формирование первых галактик. Сегодня мы знакомы со многими различными типами галактик, от спиральных до эллиптических. Однако первые галактики не выглядели бы так, как многие из галактики, которые мы можем видеть сегодня, поскольку для формирования их сложных форм требуется от миллионов до миллиардов лет. Вместо этого первые галактики выглядели бы как гигантские сгустки звезд, мало чем отличающиеся от некоторых маленьких неправильных галактик, которые мы можем видеть сегодня. Более того, большинство галактик были бы относительно крошечными, обычно содержащими несколько миллионов звезд или меньше. Однако ранняя вселенная также была домом для гораздо большего числа галактик. Поскольку ранняя Вселенная была меньше, чем сейчас, галактики располагались гораздо ближе друг к другу. Чтобы маленькие галактики в конечном итоге превратились в современные гигантские, многие из них должны были бы столкнуться.
Сталкивающиеся галактики
Даже маленькие галактики обладают сильным гравитационным притяжением, особенно по сравнению с простыми звездами или звездными скоплениями. В результате галактики притягивались друг к другу благодаря своей взаимной гравитации. В конце концов, многие из них начали сталкиваться и сливаться, увеличивая свои относительные размеры. Во время типичного галактического столкновения звезды на самом деле не сталкиваются друг с другом. Хотя это происходило и происходит, пространство между отдельными звездами просто слишком велико, чтобы они могли сталкиваться в больших количествах. Таким образом, возможно, лучше описать эти события не как столкновение, а скорее как слияние. Галактики могут проходить друг через друга несколько раз в гравитационном танце, на разворачивание которого уходят миллионы лет. В конце концов, они начинают сливаться. В процессе слияния звезды обычно не сталкиваются, но звездные питомники (называемые туманностями) могут столкнуться особенно, учитывая, что они намного больше звезд, которые они создают и содержат. Когда это происходит, все больше водорода будет скапливаться вместе, образуя новое поколение звезд. Скорость звездообразования в сливающихся галактиках будет очень высокой, и к концу галактика добавит миллионы новых звезд и, возможно, даже исчерпает большую часть своего звездообразующего материала. Большинство галактик, которые мы можем видеть, включая Млечный Путь, вероятно, в прошлом слились со многими другими галактиками. Гравитация и слияние звездных скоплений - вот как возникли первые галактики.
