¿Cómo se forman entonces las galaxias en forma de disco en los sitios de halos galácticos esféricos? ¿Las estrellas del halo comienzan a orbitar o simplemente se sientan en su lugar?

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"Estrellas como J0815+4729 se conocen como estrellas de halo ", explicó Adam Burgasser, astrofísico de UC San Diego, coautor del estudio. "Esto se debe a su distribución aproximadamente esférica alrededor de la Vía Láctea, a diferencia del disco plano más familiar de las estrellas más jóvenes que incluyen al Sol".

La formación de Wikipedia de halos galácticos dice

La formación de halos estelares ocurre naturalmente en un modelo de materia oscura fría del universo en el que la evolución de sistemas como los halos ocurre de abajo hacia arriba, lo que significa que la estructura a gran escala de las galaxias se forma a partir de objetos pequeños. Los halos, que están compuestos tanto de materia bariónica como oscura, se forman al fusionarse entre sí. La evidencia sugiere que la formación de halos galácticos también puede deberse a los efectos del aumento de la gravedad y la presencia de agujeros negros primordiales. El gas de las fusiones de halo se dirige hacia la formación de los componentes galácticos centrales, mientras que las estrellas y la materia oscura permanecen en el halo galáctico.

Por otro lado, se cree que el halo de la Vía Láctea deriva de la Salchicha Gaia.

"Halos... se forman fusionándose unos con otros" no es profundamente instructivo, pero supongo que significa que hay pequeñas faltas de homogeneidad y se fusionan en otras más grandes sin que haya mucha rotación involucrada (por lo tanto, las formas esféricas). Supongo que la parte sobre la Salchicha Gaia significa que la Vía Láctea no es un buen ejemplo de una galaxia en forma de disco que se forma en un halo esférico.

Preguntas):

  1. Pero, ¿cómo se forman entonces las galaxias en forma de disco en los sitios de los halos esféricos?
  2. ¿Las estrellas en el halo simplemente se sientan allí sin rotar, o tal vez aceleran lentamente hacia el centro gravitatorio?

Respuestas (1)

La clave para entender esto es que la materia oscura y, efectivamente, las estrellas son menos colisionantes , mientras que el gas es colisionable .

Formación de estructura

Como está escrito en la segunda cita, estructura los formularios de forma jerárquica, de abajo hacia arriba. Es decir, pequeños halos de gas y materia oscura (DM) se colapsan primero en escalas pequeñas y estos halos luego se fusionan para formar halos más grandes. Esto contrasta con lo que se pensaba anteriormente, a saber, que las galaxias se formaron en un llamado colapso monolítico de una enorme nube primordial ( Egen, Lynden-Bell & Sandage 1962 ).

En las escalas más pequeñas, el movimiento térmico tenderá a eliminar la estructura y evitar el colapso. Se cree que las primeras estructuras en colapsar tienen masas de algunos 10 5 METRO ⊙ , pero el valor exacto depende de las condiciones iniciales asumidas. Durante el colapso, estas nubes se fragmentan para formar estrellas.

materia sin colisiones

Debido a que DM no tiene colisiones, es difícil que se "relaje", es decir, se asiente en una estructura densa y "virializada": una partícula de DM que cae en el potencial combinado de gas y DM tenderá a atravesar el centro. Sin embargo, debido a que el potencial no es estático, sino que se contrae, la partícula no va tan lejos hacia el otro lado y eventualmente un halo de DM se relajará (gracias a Peter Erwin por hacerme consciente de que subestimé este efecto).

Lo mismo es cierto para las estrellas: por supuesto, las estrellas pueden chocar entre sí, pero la posibilidad de que dos estrellas se acerquen lo suficiente como para que esto suceda es minúscula porque están muy separadas.

Materia de colisión

La historia es diferente para el gas: el colapso está dominado por DM (porque hay mucho más), pero cuando el gas se vuelve lo suficientemente denso, las fuerzas hidráulicas se vuelven significativas. Los átomos chocarán, los electrones se excitarán, se desexcitarán y emitirán fotones, eliminando energía del sistema. En otras palabras, el gas puede enfriar .

Formación del disco

Esto hace que el gas básicamente se aplaste en el fondo del pozo de potencial y finalmente se asiente en el centro del halo. Aunque hay formas de deshacerse de parte del momento angular inicial, por lo general mantendrá lo suficiente como para formar un disco soportado en rotación, con fuerzas centrífugas que impiden el colapso en el plano de rotación.

el halo

La primera población de estrellas se forma antes de que el disco se haya asentado, por lo que tienen movimientos aleatorios en el potencial. Las estrellas masivas mueren rápidamente, dejando la población de estrellas de relativamente baja masa y pobres en metales, más longevas y dominadas por la dispersión (a diferencia de las dominadas por la rotación), conocidas como estrellas de Población II.

Es decir, las estrellas en el halo no solo "se sientan allí", sino que orbitan el centro galáctico como las estrellas del disco. Sin embargo, las órbitas están bastante desordenadas.

¡Gracias por tu rápida respuesta! Tengo el presentimiento de que hay algunos aspectos interesantes de las poblaciones "dominadas por la dispersión frente a las dominadas por la rotación", así que creo que haré una nueva pregunta al respecto.
"Debido a que DM no tiene colisiones, es difícil que se "relaje", es decir, se asiente en una estructura densa y "virializada". Creo que tal vez esté sobreestimando lo difícil que es la virialización. Tengo entendido que los halos de DM pueden virializarse cuando colapsan, y la escala de tiempo es del orden del tiempo dinámico. (Y no estoy seguro de cómo la materia bariónica podría virializarse más rápido que la escala de tiempo dinámica).
"Una partícula de DM que cae en el potencial combinado de gas y DM... alcanzará una distancia en el otro lado del halo comparable a la distancia a la que comenzó a caer", pero si el halo está colapsando, entonces el potencial es cambiando en la escala de tiempo dinámica, por lo que la partícula no volverá a su distancia inicial.
@PeterErwin Sí, creo que tienes razón. Después de discutir con algunos colegas, creo que concluimos que la relación violenta es bastante eficiente, del orden de algunas escalas de tiempo dinámicas. Más lento que con los bariones, por supuesto, pero solo por un factor de unos pocos. Sin embargo, una vez que se haya formado la mayor parte del halo, habrá una fracción de la DM que tardará mucho tiempo en relajarse.
También tienes razón sobre el potencial cambiante; una partícula de DM no llegará tan lejos al otro lado. Pero el gas, por otro lado, básicamente se juntará en el centro y no irá a ninguna parte.
@PeterErwin Edité para dar cuenta de lo que has comentado. ¡Gracias!
@pela Tengo entendido que la mezcla de fases también juega un papel, posiblemente un poco más lento que la relajación violenta. (Por ejemplo, dos partículas de DM inicialmente adyacentes tendrán períodos orbitales ligeramente diferentes y, por lo tanto, se desfasarán con el tiempo. Si el potencial también está cambiando, esto se acelerará).
@PeterErwin Creo que la relajación violenta es, con mucho, el proceso dominante para el colapso del halo (creo que, en principio, este es, de hecho, un caso especial de mezcla de fases). Supongo que la mezcla de fase "general" (que se extiende en el espacio de fase como a lo que te refieres) puede dominar en escalas de tiempo más largas, pero tal vez durante las fusiones puede ser más importante. También hay una mezcla caótica que puede expulsar algunas partículas a expensas de relajar otras, pero no sé cuándo ese proceso es más significativo; tal vez entre los otros dos...
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