Orientación galáctica

Una orientación galáctica describe la orientación espacial de un plano galáctico , cuando existe para una galaxia dada . Para una galaxia espiral , esto se puede obtener a partir de la inclinación del plano galáctico con respecto al plano del cielo y el ángulo de posición del eje mayor visto desde la Tierra. El resultado da una dirección perpendicular al plano galáctico. ^{[ 1 ]} En el caso de la Vía Láctea , esto viene dado por las coordenadas del polo galáctico .

Los cúmulos galácticos ^{[ 2 ] [ 3 ]} son ​​estructuras a gran escala, ligadas gravitacionalmente, formadas por múltiples galaxias . La evolución de estos agregados está determinada por el tiempo y la forma de su formación, así como por el proceso de cambio de sus estructuras y componentes a lo largo del tiempo. Gamow (1952) y Weizscker (1951) demostraron que las rotaciones observadas de las galaxias son importantes para la cosmología . Postularon que la rotación de las galaxias podría ser un indicio de las condiciones físicas bajo las cuales se formaron estos sistemas. Por lo tanto, comprender la distribución de las orientaciones espaciales de los vectores de espín de las galaxias es fundamental para comprender el origen de sus momentos angulares .

Existen principalmente tres escenarios para el origen de los cúmulos y supercúmulos de galaxias . Estos modelos se basan en diferentes supuestos sobre las condiciones primordiales, por lo que predicen distintas alineaciones del vector de espín de las galaxias. Las tres hipótesis son el modelo de panqueque , el modelo de jerarquía y la teoría de la vorticidad primordial . Las tres son mutuamente excluyentes, ya que producen predicciones contradictorias. Sin embargo, las predicciones de las tres teorías se basan en los preceptos de la cosmología. Por lo tanto, estos modelos pueden contrastarse utilizando una base de datos con métodos de análisis apropiados.

Una galaxia es una gran agregación gravitacional de estrellas, polvo, gas y un componente desconocido llamado materia oscura . La Vía Láctea ^{[ 4 ]} es solo una de los miles de millones de galaxias en el universo conocido. Las galaxias se clasifican en espirales , ^{[ 5 ]} elípticas , irregulares y peculiares . Sus tamaños pueden variar desde solo unos pocos miles de estrellas (enanas irregulares) hasta 10¹³ ^estrellas en las elípticas gigantes. Las galaxias elípticas tienen una apariencia esférica o elíptica. Las galaxias espirales van desde S0, las galaxias lenticulares, hasta Sb, que tienen una barra a través del núcleo, hasta las galaxias Sc, que tienen fuertes brazos espirales. En total, las elípticas representan el 13%, las S0 el 22%, las galaxias Sa, b, c el 61%, las irregulares el 3,5% y las peculiares el 0,9%.

En el centro de la mayoría de las galaxias se encuentra una alta concentración de estrellas viejas. Esta porción de la galaxia se denomina bulbo nuclear . Más allá del bulbo nuclear se extiende un gran disco que contiene estrellas jóvenes y calientes, llamado disco galáctico. Existe una separación morfológica: las galaxias elípticas son más comunes en los cúmulos de galaxias, y típicamente el centro de un cúmulo está ocupado por una elíptica gigante. Las galaxias espirales son más comunes en el campo, es decir, fuera de los cúmulos.

La teoría de la vorticidad primordial predice que los vectores de espín de las galaxias se distribuyen principalmente perpendiculares al plano del cúmulo. ^{[ 6 ]} La vorticidad primordial se denomina escenario descendente. A veces también se la conoce como modelo de turbulencia. En el escenario de turbulencia, los primeros protocúmulos rotatorios aplanados se formaron debido a la vorticidad cósmica en el universo primitivo. Las fluctuaciones posteriores de densidad y presión provocaron la formación de galaxias.

La idea de que la formación de galaxias se inicia por la turbulencia primordial tiene una larga historia. Ozernoy (1971, 1978) propone que las galaxias se forman a partir de regiones de alta densidad situadas detrás de las ondas de choque producidas por la turbulencia. Según la teoría de la vorticidad primordial, la presencia de grandes velocidades caóticas genera turbulencia, que, a su vez, produce fluctuaciones de densidad y presión.

Las fluctuaciones de densidad a escala de cúmulos de galaxias podrían estar ligadas gravitacionalmente, pero las fluctuaciones de masa galáctica siempre son no ligadas. Las galaxias se forman cuando la masa galáctica no ligada genera remolinos que se expanden más rápido que el fondo del cúmulo ligado. Así, las galaxias en formación colisionan entre sí cuando los cúmulos comienzan a colapsar. Estas colisiones producen ondas de choque y protogalaxias de alta densidad en las interfaces de los remolinos. A medida que los cúmulos colapsan, el sistema de galaxias experimenta una violenta relajación colectiva.

El modelo de panqueque fue propuesto por primera vez en la década de 1970 por Yakob B. Zel'dovich en el Instituto de Matemáticas Aplicadas de Moscú . ^{[ 7 ]}

El modelo de panqueque predice que los vectores de espín de las galaxias tienden a ubicarse dentro del plano del cúmulo. En este escenario, la formación de cúmulos tuvo lugar primero, seguida de su fragmentación en galaxias debido a fluctuaciones adiabáticas. Según la teoría de la inestabilidad gravitacional no lineal, el crecimiento de pequeñas inhomogeneidades conduce a la formación de condensaciones delgadas, densas y gaseosas, denominadas "panqueques". Estas condensaciones se comprimen y calientan a altas temperaturas mediante ondas de choque, lo que provoca su rápida fragmentación en nubes de gas. La posterior aglomeración de estas nubes da como resultado la formación de galaxias y sus cúmulos.

Durante el curso de la evolución, surgen inestabilidades térmicas, hidrodinámicas y gravitacionales. Esto conduce a la fragmentación de protocúmulos gaseosos y, posteriormente, a la formación de cúmulos de galaxias. El modelo de "panqueque" describe tres procesos simultáneos: primero, el gas se enfría y se forman nuevas nubes de gas frío; segundo, estas nubes se agrupan para formar galaxias; y tercero, las galaxias en formación y, en cierta medida, las nubes individuales se agrupan para formar un cúmulo de galaxias.

Según el modelo jerárquico, las direcciones de los vectores de espín deberían distribuirse aleatoriamente. En este modelo, las galaxias se formaron primero y luego adquirieron su momento angular por la fuerza de marea mientras se agrupaban gravitacionalmente para formar un cúmulo. Estas galaxias crecen mediante la fusión sucesiva de condensaciones protogalácticas o incluso mediante la fusión de galaxias ya completamente formadas. En este esquema, se podría imaginar que grandes irregularidades como las galaxias crecieron bajo la influencia de la gravedad a partir de pequeñas imperfecciones en el universo primitivo.

El momento angular transferido a una protogalaxia en desarrollo por la interacción gravitacional del momento cuadrupolar del sistema con el campo de marea de la materia.

• Aryal, B.; Kandel, SM; Saurer, W. "Orientación espacial de galaxias en el núcleo de la concentración de Shapley: el cúmulo Abell 3558", Astronomía y Astrofísica , Volumen 458, Número 2, págs.  357–367, noviembre de 2006, https://adsabs.harvard.edu/abs/2006A%26A...458..357A
• Aryal, B.; Saurer, W. "Orientaciones espaciales de galaxias en 10 cúmulos de Abell de tipo BM II-III", Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , Volumen 366, Número 2, págs.  438–448, febrero de 2006, https://adsabs.harvard.edu/abs/2006MNRAS.366..438A
• Aryal, B.; Kafle, PR; Saurer, W. "Dependencia de la velocidad radial en las orientaciones espaciales de las galaxias dentro y alrededor del supercúmulo local", Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , Volumen 389, Número 6, págs.  741–748, septiembre de 2008, https://adsabs.harvard.edu/abs/2008MNRAS.389..741A