En la cosmología física , una protogalaxia , que también podría denominarse " galaxia primigenia ", es una nube de gas que se está formando en una galaxia . Se cree que la tasa de formación de estrellas durante este período de evolución galáctica determinará si una galaxia es espiral o elíptica ; una formación de estrellas más lenta tiende a producir una galaxia espiral. Los grupos de gas más pequeños en una protogalaxia forman estrellas .
El término "protogalaxia" se acepta generalmente como "progenitores de las galaxias actuales (normales), en las primeras etapas de formación". Sin embargo, las "primeras etapas de formación" no son una frase claramente definida. Podría definirse como: "el primer estallido importante de formación estelar en un progenitor de una galaxia elíptica actual"; "la época de máxima fusión de halos oscuros de los fragmentos que se unen para producir una galaxia promedio actual"; "un cuerpo todavía gaseoso antes de que haya tenido lugar cualquier formación estelar"; o "una región sobredensa de materia oscura en el universo muy temprano , destinada a quedar ligada gravitacionalmente y colapsar". [1]
Se cree que el universo primitivo comenzó con una distribución casi uniforme (cada partícula a la misma distancia de la siguiente) de materia y materia oscura. La materia oscura luego comenzó a agruparse bajo la atracción gravitatoria debido al espectro de perturbación de densidad inicial causado por fluctuaciones cuánticas . [1] Esto se deriva del principio de incertidumbre de Heisenberg , que muestra que puede haber pequeños cambios temporales en la cantidad de energía en el espacio vacío. [ cita requerida ] Los pares de partículas/ antipartículas pueden formarse a partir de esta energía a través de la equivalencia masa-energía , y la atracción gravitatoria hace que otras partículas cercanas se muevan hacia ella, perturbando la distribución uniforme y creando un centro de gravedad, atrayendo partículas cercanas más cerca. Cuando esto sucede en el tamaño actual del universo, es insignificante, pero el estado de estas pequeñas fluctuaciones a medida que el universo comenzó a expandirse desde un solo punto dejó una impresión que se amplió a medida que el universo se expandió, lo que resultó en grandes áreas de mayor densidad. La gravedad de estos grumos más densos de materia oscura luego hizo que la materia cercana comenzara a caer en la región más densa. [2] Nilsson et al. observaron y analizaron este tipo de proceso en 2006. [3] [4] Esto dio lugar a la formación de nubes de gas, predominantemente hidrógeno , y las primeras estrellas comenzaron a formarse dentro de estas nubes. Estas nubes de gas y estrellas tempranas, muchas veces más pequeñas que nuestra galaxia, fueron las primeras protogalaxias. [5]
La teoría establecida es que los grupos de pequeñas protogalaxias se atrajeron entre sí por la gravedad y colisionaron, lo que resultó en la formación de las galaxias "adultas" mucho más grandes que tenemos hoy. [5] Esto sigue el proceso de ensamblaje jerárquico, que es un proceso continuo en el que los cuerpos más grandes se forman continuamente a partir de la fusión de los más pequeños. [1] [6]
Como no se había producido una formación estelar previa que creara otros elementos, las protogalaxias habrían estado formadas casi en su totalidad por hidrógeno y helio. El hidrógeno se uniría para formar moléculas de H 2 , con algunas excepciones. [7] Esto cambiaría a medida que comenzara la formación estelar y se produjeran más elementos a través del proceso de fusión nuclear .
Una vez que una protogalaxia comienza a formarse, todas las partículas unidas por su gravedad comienzan a caer libremente hacia ella. El tiempo que tarda esta caída libre en concluir se puede aproximar utilizando las ecuaciones de caída libre . La mayoría de las galaxias han completado esta etapa de caída libre para convertirse en galaxias elípticas o de disco estables, y los discos tardan más en formarse por completo. La formación de cúmulos de galaxias lleva mucho más tiempo y todavía está en curso. [1] Esta etapa es también donde las galaxias adquieren la mayor parte de su momento angular . Una protogalaxia lo adquiere debido a la influencia gravitatoria de los cúmulos densos vecinos en el universo primitivo, y cuanto más lejos está el gas del centro, más giro obtiene. [8]
La luminosidad de las protogalaxias proviene de dos fuentes. La primera y más importante es la radiación de la fusión nuclear de hidrógeno en helio en las estrellas primitivas. Se cree que este estallido temprano de formación estelar hizo que la luminosidad de una protogalaxia sea comparable a la de una galaxia con brotes de formación estelar actual o un cuásar . La otra es la liberación del exceso de energía de enlace gravitacional . [1] La longitud de onda principal esperada de una protogalaxia es una variedad de UV llamada Lyman-alfa , que es la longitud de onda emitida por el gas hidrógeno cuando se ioniza por la radiación de una estrella. [1] [5]
En teoría, las protogalaxias todavía pueden verse hoy en día, ya que la luz procedente de los confines más lejanos del universo tarda mucho tiempo en llegar a la Tierra, en algunos lugares lo suficiente como para que las veamos en la etapa en que están pobladas de protogalaxias. Ha habido muchos intentos de encontrar protogalaxias con telescopios en los últimos 30 años debido al valor de un descubrimiento de este tipo para confirmar cómo se forman las galaxias, pero la gran distancia que tendría que recorrer cualquier luz para ser lo suficientemente antigua como para provenir de una protogalaxia es muy grande. Esto, junto con el hecho de que la longitud de onda Lyman-alfa es absorbida con bastante facilidad por el polvo, hizo que algunos astrónomos pensaran que las protogalaxias podrían ser demasiado débiles para detectarlas. [9]
En 1996, Yee et al. descubrieron un candidato a protogalaxia utilizando la Red Canadiense de Cosmología Observacional (CNOC). El objeto era una galaxia con forma de disco con un alto corrimiento al rojo y una luminosidad muy alta. [10] Más tarde se debatió si la increíble luminosidad se debía a la lente gravitacional de un cúmulo galáctico en primer plano . [11]
En 2006, K. Nilsson et al. informaron que habían descubierto una "mancha" que emitía radiación ultravioleta Lyman alfa. Los análisis concluyeron que se trataba de una nube gigante de gas hidrógeno que caía sobre un cúmulo de materia oscura en el universo primitivo, creando una protogalaxia. [3] [4]
En 2007, Michael Rauch et al. [12] utilizaban el VLT para buscar una señal procedente del gas intergaláctico y detectaron docenas de objetos discretos que emitían grandes cantidades de radiación ultravioleta de tipo Lyman-alfa. Llegaron a la conclusión de que estos 27 objetos eran ejemplos de protogalaxias de hace 11.000 millones de años. [5]
