En cosmología física , una protogalaxia , que también podría llamarse " galaxia primitiva ", es una nube de gas que se está formando en una galaxia . Se cree que el ritmo de formación estelar durante este período de evolución galáctica determinará si una galaxia es espiral o elíptica ; una formación estelar más lenta tiende a producir una galaxia espiral. Las acumulaciones más pequeñas de gas en una protogalaxia se convierten en estrellas .
Generalmente se acepta que el término "protogalaxia" significa "progenitores de las galaxias actuales (normales), en las primeras etapas de formación". Sin embargo, las "primeras etapas de formación" no es una frase claramente definida. Podría definirse como: "El primer gran estallido de formación estelar en un progenitor de una galaxia elíptica actual"; "La época de máxima fusión de halos oscuros de los fragmentos que se ensamblan para producir una galaxia promedio hoy"; "Un cuerpo todavía gaseoso antes de que se produjera la formación estelar."; o "una región excesivamente densa de materia oscura en el universo primitivo , 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. Luego, la materia oscura comenzó a agruparse bajo la atracción gravitacional 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 necesaria ] Se pueden formar pares de partículas/ antipartículas a partir de esta energía a través de la equivalencia masa-energía , y la atracción gravitacional hace que otras partículas cercanas se muevan hacia ella, perturbando la distribución uniforme y creando un centro de gravedad, acercando las partículas cercanas. Cuando esto sucede con el tamaño actual del universo, es insignificante, pero el estado de estas pequeñas fluctuaciones cuando el universo comenzó a expandirse desde un solo punto dejó una impresión que aumentó a medida que el universo se expandió, dando como resultado grandes áreas de mayor densidad. La gravedad de estos grupos más densos de materia oscura provocó que la materia cercana comenzara a caer en la región más densa. [2] Este tipo de proceso fue observado y analizado por Nilsson et al. en 2006. [3] [4] Esto resultó en 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 primitivas, muchas veces más pequeñas que nuestra galaxia, fueron las primeras protogalaxias. [5]
La teoría establecida es que los grupos de pequeñas protogalaxias fueron atraídos 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 cuerpos más grandes se forman continuamente a partir de la fusión de otros más pequeños. [ dieciséis]
Dado que no había habido formación estelar previa para crear otros elementos, las protogalaxias habrían estado formadas casi en su totalidad por hidrógeno y helio. El hidrógeno se uniría para formar moléculas de H2 , con algunas excepciones. [7] Esto cambiaría a medida que comenzara la formación de estrellas 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 en concluir esta caída libre 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 progreso. [1] Esta etapa es también donde las galaxias adquieren la mayor parte de su momento angular . Una protogalaxia adquiere esto debido a la influencia gravitacional de los densos grupos vecinos en el universo primitivo, y cuanto más se aleja el gas del centro, más giro obtiene. [8]
La luminosidad de las protogalaxias proviene de dos fuentes. En primer lugar está la radiación procedente de la fusión nuclear del hidrógeno en helio en las estrellas primitivas. Se cree que este temprano estallido de formación estelar hizo que la luminosidad de una protogalaxia fuera comparable a la de una galaxia con estallido estelar actual o a un cuásar . La otra es la liberación del exceso de energía de enlace gravitacional . [1] La principal longitud de onda esperada de una protogalaxia es una variedad de UV llamada Lyman-alfa , que es la longitud de onda emitida por el gas hidrógeno cuando es ionizado por la radiación de una estrella. [ 15]
En teoría, las protogalaxias todavía se pueden ver hoy en día, ya que la luz de los confines más lejanos del universo tarda mucho en llegar a la Tierra, en algunos lugares el tiempo suficiente para que las veamos en el estado en el que están pobladas de protogalaxias. Ha habido muchos intentos de encontrar protogalaxias con telescopios en los últimos 30 años debido al valor de tal descubrimiento para confirmar cómo se forman las galaxias, pero la distancia que tendría que recorrer cualquier luz para tener la edad suficiente 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 pueden 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 en forma de disco con un alto corrimiento al rojo y una luminosidad muy alta. [10] Más tarde se debatió que la increíble luminosidad fue causada por la lente gravitacional de un cúmulo galáctico en primer plano . [11]
En 2006, K. Nilsson et al. informó haber encontrado una "mancha" que emite radiación UV Lyman alfa. Los análisis concluyeron que se trataba de una nube gigante de gas hidrógeno que caía sobre una masa de materia oscura en el universo primitivo, creando una protogalaxia. [3] [4]
En 2007, Michael Rauch et al. [12] estaban usando el VLT para buscar una señal de gas intergaláctico, cuando detectaron docenas de objetos discretos que emitían grandes cantidades de radiación UV de tipo Lyman-alfa. Llegaron a la conclusión de que estos 27 objetos eran ejemplos de protogalaxias de hace 11 mil millones de años. [5]
