Se uma galáxia é definida como uma coleção de sistemas planetários (e toda a matéria intermediária), e um sistema planetário é definido como uma coleção de planetas circulando uma estrela (e toda a matéria intermediária) e um planeta (e outros corpos menores, como asteróides, moonlets, luas, etc) é basicamente apenas uma coleção muito muito, muito grande de minerais, poeira estelar e gases (que compõem todo o universo), que vieram primeiro: os planetas, sistemas planetários ou galáxias? Me deram para entender que o universo veio primeiro ... mas depois disso?

Eu pensei que tinha entendido, pelo menos o básico do leigo, a formação do universo. No entanto, hoje, estou tendo problemas para conceituar a ordem em que eles seriam formados, se eles forem definidos pela unidade menor.

Isso é apenas eu que misturamos a semântica da classificação e a cronologia real de cada recurso?

MUITO Basicamente,

• O universo é composto de uma mistura complexa de tudo (matéria, antimatéria, matéria escura, para citar apenas alguns) e expansão do 'espaço'.
• Uma área muito, muito grande do 'espaço' é coberta por partículas muito, muito, minúsculas: compostas de primeiros gases e depois de 'poeira estelar'.
• Uma galáxia é formada por gases atraídos pela gravidade e, depois que as primeiras estrelas foram supernovas e explodiram, havia também 'poeira estelar', que se combina para criar 'aglomerados' de nuvens interestelares (nebulosas de nuvens).
• As nebulosas de nuvens são as áreas de 'berçário' para formação de estrelas (estrelas iniciais e estrelas de geração posterior).
• A estrela recém-criada usa restos de 'poeira estelar' nas nebulosas das nuvens para formar sistemas planetários e, em seguida, pouco tempo depois, os planetas em órbita (e outros objetos de tamanho).

Então a ordem cronológica seria:

Universo (maior escala) => gases (escala muito pequena) => galáxia => nuvens interestelares => estrelas => planetas (combinados para formar sistemas planetários) . E as minúsculas partículas de gases e 'poeira estelar' estão envolvidas em quase todas as escalas.

Imagem tirada do espaço explicado

Apenas escrever esta pergunta ajudou! Espero que você não se importe de postá-lo de qualquer maneira, pois isso pode ajudar outras pessoas e ainda preciso de confirmação de que , espero, trabalhei fora do meu enigma (não mais profundo).

Teoria

A estrutura que vemos no Universo se formou a partir do colapso gravitacional da matéria que antes era um campo de densidade quase suave de gás ("bárions") e matéria escura$^1$. A palavra "quase" é importante aqui, pois se tivesse sido completamente - ou mesmo não completamente, mas muito mais - suave, então o colapso não teria tido tempo para acontecer antes que a expansão do espaço diluísse o assunto o suficiente para impedir qualquer colapso, e nunca teríamos existido.

Ou seja, o campo de densidade era um pouco irregular e esses aglomerados - ou superdensidades - existiam em todas as escalas. Mas cálculo que moita tamanhos colapso primeiro - estelar porte, galáxia de tamanho, o cluster de tamanho, etc. - está longe de ser trivial. As tentativas analíticas precisam fazer várias aproximações, mas ainda podem fazer previsões bastante significativas que foram subsequentemente apoiadas e refinadas por simulações numéricas e, agora, embora muitas pontas soltas ainda existam, temos uma imagem bastante boa da formação da estrutura:

Colapso gravitacional

Uma sobredensidade é denotada por $\delta\equiv\rho/\langle\rho\rangle - 1$, Onde $\rho$ é a densidade da sobredensidade e $\langle\rho\rangle$é a densidade média. A evolução de sobredensidades sob a força da gravidade pode ser calculada exatamente para$\delta \ll 1$ usando a teoria da perturbação linear, mas quando $\delta$torna-se de unidade de ordem, o regime não linear é inserido e aproximações severas devem ser feitas, de modo que se volta para simulações numéricas. Acontece que se$\delta\gtrsim1.68$(ou seja, se uma região no espaço tiver uma densidade 2,68 vezes a densidade ambiente), ela entrará em colapso. A resposta para sua pergunta é então dada pelo tamanho dos grupos que atingem .$\delta\gtrsim1.68$

Primeiros aglomerados

As flutuações quânticas primordiais aumentaram de tamanho durante a inflação (reconhecidamente ainda bastante embaçada), uma fração de segundo após o Big Bang. No jovem universo, a energia escura era insignificante e a dinâmica do universo era dominada pela matéria. Como a matéria escura compreende da quantidade total, podemos inicialmente negligenciar a presença de gás, mas quando a densidade se torna muito alta, a pressão do gás se acumula e neutraliza o colapso.$^2$$\sim5/6$

As sobredensidades aumentaram à medida que a matéria começou a entrar em colapso. Acontece que as flutuações de densidade são maiores para escalas menores; portanto, quanto menor a massa, mais cedo ela entrará em colapso. Isso resulta na chamada formação "de baixo para cima" da estrutura, que contrasta com o que se pensava originalmente; ou seja, que as galáxias se formaram "de cima para baixo" em um colapso monolítico ( Eggen, Lynden-Bell e Sandage, 1962 ).

No entanto, essa abordagem negligencia o gás e o movimento das partículas da matéria escura (tratando-a como a chamada matéria escura fria ). Levar em consideração os efeitos disso coloca um limiar mais baixo para as massas das estruturas de - (por exemplo, Naoz et al. 2006 ; Yoshida 2009 ). Portanto, acredita-se que as primeiras estruturas formadas sejam minihalos aproximadamente a massa de aglomerados globulares.$\sim10^5$$10^6M_\odot$

Estrelas, galáxias e aglomerados

As estrelas consistem em gás colapsado e quase nenhuma matéria escura, e a formação de uma estrela precisa, portanto, da teoria da hidrodinâmica, e não apenas da gravidade. Para que a matéria entre em colapso com estruturas densas como as estrelas, ela deve se livrar de grande parte de sua energia. Isso não é possível para a matéria escura sem colisão (pelo menos no sentido normal, mas neste post ), mas o gás, que pode colidir e esfriar irradiando, é capaz de fazê-lo .$^3$

Através do resfriamento radiativo, os minihalos se fragmentaram ainda mais nas primeiras nuvens de gás e depois nas primeiras estrelas quando o Universo tinha alguns 100 milhões de anos. Posteriormente, conglomerados de estrelas se fundiram em galáxias, que formaram folhas, filamentos e aglomerados de galáxias.

Poeira

As primeiras estrelas foram formadas a partir de hidrogênio e hélio puro (e pequenas quantidades de lítio), e o material para a fabricação de planetas não existia. Mas quando essas estrelas - que eram muito massivas - explodiram como supernovas e poluíram o meio interestelar com metais e poeira estelar , a formação de estrelas menos massivas tornou-se possível .$^4$$^5$$^6$

Planetas

As partículas de poeira se unem para formar seixos, pedras e planetas. A formação de planetas provavelmente não é possível para estrelas muito massivas , mas com a formação de pequenas estrelas isso se tornou possível.$^7$

Linha do tempo

Podemos fazer a seguinte linha do tempo:

1. Minihalos
2. Nuvens de gás
3. Estrelas
4. Galáxias
5. poeira estelar
6. Planetas

No entanto, observe que a fusão de minihalos a "galáxias" maiores (sem uma quantidade significativa de estrelas) também pode ocorrer em épocas anteriores, e em particular que a formação de estrelas (e poeira e planetas) é um processo contínuo que ainda hoje ocorre ( embora a maior parte da formação estelar tenha ocorrido quando o Universo tivesse aproximadamente de 3 a 6 bilhões de anos ( Madau et al. 1998 )).

$^1$ _{E a radiação, que realmente dominou a densidade de energia até o Universo anos.$\sim50\,000$}

$^2$ _{O termo flutuações quânticas primordiais pode ser o termo mais legal da física.}

$^3$ _{Não são hipóteses dos chamados estrelas escuras , mas isso está além do escopo deste texto (principalmente porque eu não entendo-los).}

$^4$ _{Para um astrônomo, o termo metal significa qualquer elemento mais pesado que o hélio. É mais fácil assim.}

$^5$ _{astrônomos chamam isso de "poeira" e usam apenas o termo poeira estelar ao conversar com não-astrônomos, para que não adormeçam.}

$^6$ _{O motivo é que, com as muitas transições eletrônicas possíveis de metais, o gás tem mais maneiras de esfriar e, portanto, pode entrar em colapso em épocas anteriores, antes que o grupo de proto-estrelas atinja grandes massas.}

$^7$ _{Porque a alta pressão de radiação de estrelas muito massivas sopra e / ou destrói a poeira (eu acho, mas essa não é minha especialidade).}

A resposta curta é que não sabemos.

Uma resposta pedante mais longa indicaria que o uso de um termo sem entender o que você quer dizer com esse termo nunca é apropriado.

O termo que considero problemático é "poeira estelar". Em nossa imagem padrão da nucleossíntese do big bang, estamos otimistas (por causa da boa concordância entre cálculos e observações de abundância cosmológica) que entendemos que, à medida que o Universo esfriava hidrogênio, hélio e traços de outros elementos formados (o lítio é o mais mencionado frequentemente). É quase NUNCA apontado que, se o Universo é composto por 27% de matéria escura e apenas 5% de matéria regular (principalmente hidrogênio), esses cálculos são um fracasso abismal: eles não prevêem a existência de matéria escura! Tudo isso é ignorado e nos parabenizamos (ou melhor, a mídia popular aproveita as "realizações" da ciência). Você não pode ignorar a maior parte do assunto no universo e espera que seus modelos sejam precisos.

Se a primeira estrela precedeu ou seguiu a primeira galáxia é, em certa medida, uma questão de definição. Até certo ponto. Não está totalmente claro se existiam buracos negros antes da formação de galáxias / estrelas.

Se existissem super buracos negros, qualquer coisa dentro do seu alcance gravitacional compreenderia uma galáxia (se você optar por usar uma definição razoável de galáxia). O que existiria então seria gás (e plasma), matéria escura e os vestígios iniciais do que você provavelmente diria ser poeira estelar: o lítio, o boro etc. que aglomerariam ao colidir com átomos semelhantes. Penso que a densidade dessa poeira seria muito baixa para formar planetas sem a interferência da gravidade de outros objetos. (Embora eu provavelmente nunca deva dizer nunca). OTOH, se os únicos buracos negros existentes fossem suficientemente pequenos, provavelmente evaporariam com apenas efeitos transitórios na dinâmica das partículas. Portanto, podemos ignorar a poeira estelar, a maior parte disso foi formada nas primeiras estrelas (Geração III).

A questão é: o que veio primeiro; galáxias ou estrelas? E a resposta é: o que define exatamente uma galáxia? Acreditamos que houve flutuações de densidade que levariam ao colapso gravitacional do gás ao seu redor (e compondo-os). Em que ponto essa moção se qualifica como sendo distinguível de outras moções (outros volumes de colapso)? Talvez você possa adivinhar que isso dependerá da matéria escura presente E da velocidade (temperatura) do gás. Uma análise cuidadosa provavelmente envolveria velocidades de escape (e, como você provavelmente sabe, isso depende da distribuição da matéria escura) e o ponto em que "a maioria" do gás estava orbitando, em vez de apenas colidir aleatoriamente, o que, por sua vez, dependeria do que "mais" significa (51%, 90%, 99%, ...).

Então defina o termo galáxia. Se você defini-lo em termos de estrelas, a resposta é fácil: (algumas) estrelas vieram primeiro. Se você o definir em termos de zonas de gravitação, é possível que a resposta seja ambas. Ou seja, em alguns casos, o hidrogênio teve tempo suficiente para colapsar em uma estrela antes que "a maioria" do gás estivesse ligado a uma galáxia próxima (provavelmente proto-galáxia seria um termo melhor aqui) e em outros lugares a protogaláxia se definiu. antes que a primeira estrela se acendesse. Nós não sabemos.

É um erro supor que o Universo como o vemos hoje é uma aproximação razoável do Universo, pois apareceria apenas 10 ou 100 milhões de anos após o Big Bang.

Nossos modelos ainda não são bons o suficiente (e provavelmente não serão até que entendamos muito mais sobre o que é a matéria escura e como ela se comporta) para ter certeza de que as protogalaxias existiam antes das primeiras estrelas ou que as primeiras estrelas se acendiam antes da zonas que estou chamando de protogalaxias eram sistemas separados.