一個星系是怎麼產生的?

是由中心體開始繁衍的嗎?一個星系會衰亡嗎?


這是關於宇宙學中的結構形成的問題,一直以來就是宇宙學中的大問題,不是兩句話可以說的清楚的,我不是研究這個的,只粗淺的了解一點背景知識。僅供拋磚引玉。
現在通常的觀點是人為暴漲過程中的原初擾動經過演化越來越大帶來了星系形成,其中原初擾動的密度不均勻性可以通過微波背景輻射的四極矩體現。
Jeans 不穩定性:
早在上世紀初Jeans就研究了自引力系統的不穩定性,以流體力學的歐拉方程,守恆流方程和引力場的泊松方程,推導出了frac{partial^{2} delta_{1}}{partial t^{2}}=v_{s}^{2}
abla^{2}delta_{1}+4pi G
ho_{0}delta_{1}. 將這個方程的擾動做平面波展開,可以得到如下的色散關係omega^{2}=v_{s}^{2}k^{2}-4pi G
ho_{0},會出現後一項大於前一項的情況,這樣頻率可能出現虛數,演化會呈指數式而非震蕩式,自引力系統出現不穩定。
將類似的思想用於宇宙學的研究中,需要進行修正,首先宇宙是膨脹的,要考慮膨脹帶來的效應。其次,根據暴漲理論,早期宇宙的一個小區域會經過劇烈的膨脹越過視界,而暴漲會將早期宇宙的漲落全部抹平,因此擾動通常認為是在暴漲過程中發生的。因此擾動有可能是超越視界的,此時擾動區引力的傳播時間不能看成一個小量,牛頓引力不再適用,需要考慮更為複雜的相對論性的微擾。而在暴漲之後,經過演化擾動是會重新的進入視界的,在進入視界之後可以近似的用牛頓引力進行處理。
為簡單,先來看進入視界之後的這一部分擾動,考慮了膨脹帶來的效應之後,擾動演化的方程改變為ddot delta+2frac{dot R}{R} dot delta_{k}+(frac{k^{2}v_{s}^{2}}{R^{2}}-4pi G 
ho_{0})delta_{k}=0. 可見修正的只是膨脹而引起的阻尼效應。這個阻尼項使得原來的指數式變成了冪級數式的增加。對於物質為主時期,delta propto R. 以輻射為主時期delta propto lnt. 隨時間增長的緩慢導致了重子模型的困難。
重子模型的困難:結構形成問題就是以初始擾動作為初條件的動力學問題,需要搞清楚的一點是初始擾動是怎麼發生的。進視界後的小擾動通常被認為是擾動的初條件,以重子為主的模型時,擾動增加是在光子退耦(10^{5}年)發生的,這樣根據計算星系是來不及形成的。這個時間疑難的解決辦法是我們現在發現宇宙中除了重子物質之外,還有很多的非重子暗物質,非重子暗物質可以使得擾動增加提前產生,緩解了這一矛盾。
熱暗物質模型和冷暗物質模型:有了前面這些基礎,可以回答題主的問題,現在宇宙學研究中主要的模型時這兩種。熱暗物質指的是中微子這種退耦時仍然保持較大溫度的物質,粒子物理研究(例如中微子震蕩)發現中微子是具有一個微小的質量的,但由於中微子數量很多,會貢獻相當大一部分的質量。冷暗物質指的是質量很大,但是含量很少的那一部分物質,目前的研究還沒有能夠確切的指出其到底是什麼。這兩個model由於退耦時粒子的速度不同,會影響Landau阻尼,朗道阻尼的不同決定了這兩個模型在星系形成過程中的圖像是不同的。
在熱暗物質模型中,結團在大尺度下發生,是先形成超星系團的物質,然後逐級破裂形成星系。在冷暗物質模型中,結團是由小到大發生,先形成星系,然後逐級併合,形成越來越大的結構。目前,熱暗物質在大尺度下和巡天觀測得到的結果很一致,但在星系尺度下並不一致。而冷暗物質模型,在小尺度如星系尺度下符合的非常好,而在大尺度下不一致。現在偏愛的是所謂的Lambda CDM模型,即冷暗物質模型。但並不意味著理論的結束,更細緻的定量分析,還有賴於目前巡天衛星的探測結果。


Mo, Houjun老師《galaxy formation and evolution》書上第一章有個插圖挺適合這個問題,大概過程是要先有暗物質的不穩定性滋生導致暗物質碎成一個個的團塊,之後暗物質吸引一些重子物質聚集,重子物質一開始可能有點熱,需要散熱一下才能形成恆星,也許還會經歷一些星爆、並和、AGN什麼的


天啊……Galaxy Formation,整整一本教科書都寫不下。誰要能在知乎這寫清楚,我真就給跪了。

誰邀請的我……


我猜哦:一團塵埃形成?一個隕石?一顆恆星?一個小星系?大一點的星系


我認為是能量聚變爆炸


宇宙大爆炸剛剛誕生的時候,充斥著大爆炸產生的氣體雲,一些區域擁有濃稠的星際氣體,從而產生了數千萬顆恆星。最初的恆星大多都是超大質量恆星,它們溫度極高,燃燒速度也快,它們在死亡後留下了大量的黑洞。 引力將許多黑洞牽引到了一起,它們相互合併,形成更大的黑洞。數億年里,黑洞不斷增長,形成超大質量黑洞。它們的引力範圍極大,有些甚至可以達到數百萬光年之遠。超大質量黑洞的引力不斷控制住越來越多的星際氣體,這些氣體圍繞黑洞旋轉的過程中形成了不計其數的恆星,最終演化成了原始的星系。


自組織定律的一種宏觀表達結果


一個人是怎麼產生的


大爆炸理論認為宇宙一開始是一個極小但是密度和溫度極高的點,在很短時間內膨脹到一個很大的體積。然後經歷了一個漫長的降溫過程,在這個降溫過程中不穩定的,結構簡單的元素互相碰撞形成大的,穩定的,較複雜的物質。就好像一下長個子長得太快會有生長紋一樣,快速的膨脹也導致宇宙內部物質的分布不均(那時候都是氣體)。然後密度比較高的部分會對周圍形成引力。好像你在沙灘挖個坑,周圍的沙會陷入坑裡一樣,宇宙也遍布著大大小小的坑。氣體相互吸引聚集成形狀不一的星雲,靠近的星雲會互相作用碰撞合併。在這個過程中,物質持續受到強烈擠壓形成星球,組成所謂「星系」,星系內的物質都圍繞質量最大的中心旋轉並因為引力被綁定在裡面,因此很多人猜測星系的中心是巨大黑洞。而當一個星系內沒有足夠的氣體聚集來形成新的恆星的時候,這個星系就走向衰亡了。

剛學過來答下,有失偏頗請大家踴躍指正。以上是一個有如「打開冰箱門--把大象放進去--關上冰箱門」般非常簡略的解釋。引用的是現在比較主流的理論但是也存在很多質疑的聲音,畢竟科學就是個不斷通過觀察做假設的過程。=v=


不一定由中心體,另外,所有的星系都會衰亡的,畢竟宇宙還在繼續膨脹。


它媽媽把它生出來的( ????? )


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