Введение

Газовое облако, формирующееся в галактику – приключенческая видеоигра 2010 года.

В физической космологии протогалактика, которую также можно назвать "первоначальной галактикой", представляет собой облако газа, находящееся в процессе формирования галактики. Считается, что скорость звездообразования в этот период галактической эволюции определяет, станет ли галактика спиральной или эллиптической; более медленное звездообразование, как правило, приводит к образованию спиральной галактики. Небольшие сгустки газа в протогалактике формируют звезды. Сам термин "протогалактика" обычно понимается как "предшественники современных (нормальных) галактик на ранних стадиях формирования". Однако фраза "ранние стадии формирования" не имеет четкого определения. Её можно определить как: "первый крупный всплеск звездообразования в предке современной эллиптической галактики"; "пик эпохи слияния темных гало фрагментов, из которых формируется типичная галактика сегодня"; "газообразное тело до начала звездообразования" или "область с избыточной плотностью темной материи в ранней Вселенной, предназначенная для гравитационного коллапса".

Формирование

Считается, что ранняя Вселенная началась с почти однородного распределения (каждая частица на одинаковом расстоянии от следующей) материи и темной материи. Затем темная материя начала сгущаться под действием гравитационного притяжения из-за первоначального спектра флуктуаций плотности, вызванных квантовыми колебаниями. По сообщениям, подобный процесс был наблюдаем и проанализирован Нильссоном и др. в 2006 году. Это привело к образованию облаков газа, состоящего преимущественно из водорода, и в этих облаках начали формироваться первые звезды. Эти облака газа и ранние звезды, во много раз меньше нашей галактики, были первыми протогалактиками. Согласно общепринятой теории, группы небольших протогалактик притягивались друг к другу гравитацией и сталкивались, в результате чего образовались гораздо более крупные, "зрелые" галактики, которые мы видим сегодня.

Состав

Поскольку ранее не происходило звездообразования, создающего другие элементы, протогалактики состояли бы почти исключительно из водорода и гелия. Водород соединялся бы в молекулы H2, с некоторыми исключениями. Это изменилось бы с началом звездообразования и производством новых элементов посредством ядерного синтеза.

Механика

Как только протогалактика начинает формироваться, все частицы, удерживаемые её гравитацией, начинают свободно падать к ней. Время, необходимое для завершения этого свободного падения, можно приблизительно оценить, используя уравнения свободного падения. Большинство галактик завершили эту стадию свободного падения и стали стабильными эллиптическими или спиральными галактиками, при этом формирование дисков занимает больше времени. Формирование скоплений галактик занимает значительно больше времени и всё ещё продолжается.

Светлость

Свет протогалактик исходит из двух источников. Прежде всего, это излучение от ядерного синтеза водорода в гелий в ранних звёздах. Считается, что этот ранний всплеск звездообразования делал светимость протогалактики сопоставимой с современной галактикой, переживающей звёздный взрыв, или с квазаром. Другой источник – высвобождение избыточной гравитационной энергии связи. В 1996 году Йи и др. обнаружили кандидата в протогалактики, используя Канадскую сеть наблюдательной космологии (CNOC). Объект представлял собой дискообразную галактику с высоким красным смещением и очень высокой светимостью. Позже возникли споры о том, что невероятная светимость была вызвана гравитационным линзированием передней галактической группой. В 2006 году К. Нильсон и др. сообщили об обнаружении "сгустка", излучающего ультрафиолетовое излучение Лаймана-альфа. Анализ показал, что это было гигантское облако водородного газа, падающее на сгусток тёмной материи в ранней Вселенной, формируя протогалактику. Они использовали телескоп VLT для поиска сигнала от межгалактического газа, когда обнаружили десятки дискретных объектов, излучающих большое количество ультрафиолетового излучения типа Лаймана-альфа. Они заключили, что эти 27 объектов являются примерами протогалактик, существовавших 11 миллиардов лет назад.