Hur bildas galaxer?

De största strukturerna i universum binder miljarder eller till och med triljoner stjärnor i sina massiva gravitationella ok. Kosmiskt damm och enorma gasmoln fyller också galaxer, tillsammans med planeter och annan materia som kan kretsa kring stjärnor.

Galaxer fick sin början för nästan 14 miljarder år sedan, med en ofattbart het, tät och liten punkt. Enligt big bang-teorin var denna singularitet universum i sin helhet. Sedan exploderade den och svalnade och expanderade i processen. Föreställ dig ett hopknölat papper som utvecklas till en gigantisk karta, och du har en mycket grov modell av vad som hände.

Efter big bang bestod uruniversumet endast av strålning och subatomära partiklar. Hur utvecklades det till mer än 100 miljarder galaxer? Forskarna har två typer av teorier, som båda bygger på gravitationseffekterna av kollapsande gas i den tidiga galaxen.

För det första finns det bottom-up-teorier, där gasen kollapsade och komprimerades till klumpar som var lika stora som en miljon solar (det är en början på småskaligt för något som är lika stort som universum). Dessa klumpar slogs sedan samman för att bilda galaxer. Top-down-teorier å andra sidan börjar stort. Denna tankeskola hävdar att de resulterande klumparna var var och en lika stora som flera galaxer, som i sin tur bröts sönder till enskilda galaxer. Dessa senare teorier skulle förklara varför galaxer förekommer i kluster.

Hursomhelst – nedifrån och upp eller uppifrån och ned – kollapsade de resulterande klumparna sedan till protogalaxer som bestod av mörk materia och vätegas. Vätgasen föll sedan ner mot protogalaxens centrum medan den mörka materian stannade kvar som en yttre halo som omger den.

Astronomer känner igen två huvudtyper av galaxer: elliptiska och spiralformade. Dessa skillnader i form beror enligt en teori på stjärnbildning. Stjärnor utvecklas inuti en protogalaxie när moln av gas blandas och kolliderar. Om stjärnorna i en protogalaxys bildas alla på en gång behåller den mogna galaxen i huvudsak protogalaxyns sfäriska form och blir en elliptisk galax.

Spiralgalaxer uppstår när stjärnorna i protogalaxyn uppstår med olika intervaller. Gasen mellan de framväxande stjärnorna fortsätter att kollapsa och de resulterande gravitationsskillnaderna manövrerar protogalaxens stjärnor, stoft och gas. Denna rörelse tvingar allt till en roterande skiva, och ytterligare skillnader i gravitation resulterar i spiralarmarna.

Utvidare förändringar kan uppstå när galaxer driver för nära varandra eller kolliderar. Astronomer tror att sammanslagningen av två galaxer alltid resulterar i en elliptisk galax. Därför har Vintergatan troligen aldrig gått samman med en annan galax, medan de massiva elliptiska galaxer som finns i centrum av galaxhopar troligen är resultatet av flera kosmiska sammanblandningar.

Utforska länkarna på nästa sida för att läsa mer om ursprunget till ännu fler kosmiska underverk.