Wenn eine Galaxie ist definiert als eine Sammlung von Planetensystemen (und aller Materie dazwischen) und ein Planetensystem ist als eine Sammlung von Planeten definiert einen Stern (und alle Materie dazwischen) kreisen, und einen Planeten (und andere kleinere Körper, wie Asteroiden, Moonlets, Monde usw.) ist im Grunde nur eine sehr sehr, sehr große Sammlung von Mineralien, Sternenstaub und Gasen (die das gesamte Universum ausmachen), die an erster Stelle standen: Die Planeten, Planetensysteme oder Galaxien? Mir wurde gegeben, um zu verstehen, dass das Universum zuerst kam ... aber danach?

Ich dachte, ich verstehe zumindest die Grundlagen des Laien der Universumsbildung. Doch heute bin ich Probleme Konzeptualisierung die Reihenfolge , in der sie gebildet wurden, WENN sie sind definiert durch die kleinere Einheit.

Verstehe ich nur die Semantik der Klassifizierung und die tatsächliche Chronologie der einzelnen Merkmale, die sich vermischen?

SEHR Grundsätzlich

• Das Universum besteht aus einer komplexen Mischung von allem (Materie, Antimaterie, Dunkle Materie, um nur einige zu nennen) und dem sich erweiternden "Raum".
• Ein sehr, sehr großer Bereich des "Raums" ist mit sehr, sehr kleinen Partikeln bedeckt: Sie bestehen zunächst aus Gasen und später aus "Sternenstaub".
• Eine Galaxie besteht aus von der Schwerkraft angezogenen Gasen, und nachdem die ersten Sterne in die Supernova übergegangen und explodiert waren, gab es auch "Sternenstaub", der sich zu "Klumpen" interstellarer Wolken (Wolkennebel) zusammenfügt.
• Die Wolkennebel sind die "Kinderzimmer" für die Sternentstehung (sowohl Erststerne als auch Sterne der späteren Generation).
• Der neu geschaffene Stern verwendet Reste von "Sternenstaub" in den Wolkennebeln, um Planetensysteme und dann "kurze" Zeit später die umlaufenden Planeten (und Objekte anderer Größe) zu bilden.

Dann wäre die chronologische Reihenfolge:

Universum (größter Maßstab) => Gase (sehr kleiner Maßstab) => Galaxie => interstellare Wolken => Sterne => Planeten (kombiniert, um Planetensysteme zu bilden) . Und die winzigen Partikel von Gasen und Sternenstaub sind an fast allen Skalen beteiligt.

Bild aus dem Weltraum erklärt

Nur diese Frage aufzuschreiben hat geholfen! Ich hoffe, es macht Ihnen nichts aus, wenn ich es trotzdem poste , da es anderen helfen könnte und ich noch eine Bestätigung brauche, dass ich mich hoffentlich aus meinem Rätsel herausgearbeitet habe (nicht tiefer).

Theorie

Die Struktur, die wir im Universum sehen, hat sich aus dem Gravitationskollaps der Materie gebildet, die einst ein fast glattes Dichtefeld aus Gas ("Baryonen") und dunkler Materie war . Das Wort "fast" ist hier wichtig, denn wenn es vollständig - oder sogar nicht vollständig, aber viel mehr - glatt gewesen wäre, hätte der Zusammenbruch nicht die Zeit gehabt, bevor die Erweiterung des Raums die Materie genug verwässert hätte, um dies zu verhindern ein Zusammenbruch, und wir wären nie entstanden.$^1$

Das heißt, das Dichtefeld war leicht klumpig, und diese Klumpen - oder Überdichten - existierten auf allen Skalen. Es ist jedoch alles andere als trivial zu berechnen, welche Klumpengrößen zuerst zusammenbrechen - Sterngröße, Galaxiengröße, Clustergröße usw. -. Analytische Versuche müssen mehrere Annäherungen machen, können aber dennoch ziemlich aussagekräftige Vorhersagen treffen, die später durch numerische Simulationen gesichert und verfeinert wurden, und obwohl viele lose Enden noch existieren, haben wir inzwischen ein ziemlich gutes Bild der Strukturbildung:

Gravitationskollaps

Eine Überdichte wird mit , wobei die Dichte der Überdichte und die durchschnittliche Dichte ist. Die Entwicklung von Überdichten unter der Schwerkraft kann unter Verwendung der linearen Störungstheorie genau für berechnet werden. Wenn jedoch zur Einheit der Ordnung wird, wird das nichtlineare Regime eingegeben, und es müssen strenge Annäherungen vorgenommen werden wendet sich stattdessen numerischen Simulationen zu. Es stellt sich heraus, dass wenn (dh wenn eine Region im Raum eine Dichte hat, die das 2,68-fache der Umgebungsdichte beträgt), sie zusammenbricht. Die Antwort auf Ihre Frage ergibt sich dann aus der Größe der Klumpen, die zuerst erreicht werden$\delta\equiv\rho/\langle\rho\rangle - 1$$\rho$$\langle\rho\rangle$$\delta \ll 1$$\delta$$\delta\gtrsim1.68$$\delta\gtrsim1.68$ .

Erste Klumpen

Primordiale Quantenfluktuationen während der (zugegebenermaßen immer noch ziemlich verschwommenen) Inflation, einen Bruchteil einer Sekunde nach dem Urknall, an Größe zu. Im jungen Universum war die dunkle Energie vernachlässigbar und die Dynamik des Universums wurde von Materie dominiert. Da dunkle Materie der Gesamtmenge , können wir zunächst das Vorhandensein von Gas vernachlässigen, aber wenn die Dichte sehr hoch wird, baut sich ein Gasdruck auf und wirkt dem Zusammenbruch entgegen.$^2$$\sim5/6$

Die Überdichten verstärkten sich, als die Materie zusammenbrach. Es stellt sich heraus, dass die Dichteschwankungen bei kleineren Maßstäben größer sind. Je kleiner der Klumpen ist, desto eher kollabiert er. Dies führt zu der sogenannten "Bottom-up" -Strukturbildung, die im Gegensatz zu dem steht, was ursprünglich gedacht wurde; nämlich, dass sich Galaxien bei einem monolithischen Zusammenbruch "von oben nach unten" bildeten ( Eggen, Lynden-Bell & Sandage 1962 ).

Dieser Ansatz vernachlässigt jedoch sowohl das Gas als auch die Bewegung von Partikeln der dunklen Materie (Behandlung als sogenannte kalte dunkle Materie ). Unter Berücksichtigung der Auswirkungen eine niedrigere Schwelle für die Massen der Strukturen von - (z . B. Naoz et al. 2006 ; Yoshida 2009 ). Daher wird angenommen, dass die ersten Strukturen, die sich gebildet haben, Minihalos sind, ungefähr die Masse der Kugelhaufen.$\sim10^5$$10^6M_\odot$

Sterne, Galaxien und Cluster

Sterne bestehen aus kollabiertem Gas und fast keiner dunklen Materie, und die Bildung eines Sterns erfordert daher eher die Theorie der Hydrodynamik als nur die Schwerkraft. Damit Materie zu so dichten Strukturen wie Sternen zusammenbricht, muss sie einen Großteil ihrer Energie verlieren. Dies ist für die kollisionsfreie dunkle Materie nicht möglich (zumindest im normalen Sinne, aber für diesen Beitrag ), aber Gas, das durch Strahlung kollidieren und abkühlen kann, kann dies .$^3$

Durch Strahlungskühlung zersplitterten die Minihalos weiter in erste Gaswolken und dann in die ersten Sterne, als das Universum einige 100 Millionen Jahre alt war. Anschließend verschmolzen Sternkonglomerationen zu Galaxien, die schließlich Blätter, Filamente und Galaxienhaufen bildeten.

Staub

Die ersten Sterne wurden aus reinem Wasserstoff und Helium (und kleinen Mengen Lithium) gebildet, und das Material zur Herstellung von Planeten existierte nicht. Aber als diese Sterne - die sehr massereich waren - als Supernovae explodierten und das interstellare Medium mit Metallen und Sternenstaub verschmutzten , wurde die Bildung weniger massereicher Sterne möglich .$^4$$^5$$^6$

Planeten

Staubpartikel kleben zusammen und bilden Kieselsteine, Steine ​​und Planeten. Planetenbildung ist für zu massive Sterne wahrscheinlich nicht möglich , aber mit der Bildung kleiner Sterne wurde dies möglich.$^7$

Zeitleiste

Wir können die folgende Zeitleiste erstellen:

1. Minihalos
2. Gaswolken
3. Sterne
4. Galaxien
5. Sternenstaub
6. Planeten

Beachten Sie jedoch, dass die Verschmelzung von Minihalos zu größeren "Galaxien" (ohne eine signifikante Anzahl von Sternen) auch in früheren Epochen auftreten kann, und insbesondere, dass die Sternentstehung (sowie Staub und Planeten) ein kontinuierlicher Prozess ist, der noch heute stattfindet ( obwohl der Großteil der Sternentstehung stattfand, als das Universum ungefähr 3 bis 6 Milliarden Jahre alt war ( Madau et al. 1998 ).

$^1$ _{Und Strahlung, die tatsächlich die Energiedichte dominierte, bis das Universum Jahre alt war.$\sim50\,000$}

$^2$ _{Der Begriff primordiale Quantenfluktuationen könnte der coolste Begriff in der Physik sein.}

$^3$ _{Es gibt Hypothesen von sogenannten dunklen Sternen , aber das geht über den Rahmen dieses Textes hinaus (hauptsächlich, weil ich sie nicht verstehe).}

$^4$ _{Für einen Astronomen bedeutet der Begriff Metall jedes Element, das schwerer als Helium ist. Auf diese Weise ist es einfacher.}

$^5$ _{Astronomen nennen es nur „Staub“, und nur den Begriff Stern Staub , wenn sie Nicht-Astronomen, damit sie nicht zum Einschlafen zu reden.}

$^6$ _{Der Grund ist, dass das Gas mit den vielen möglichen elektronischen Übergängen von Metallen mehr Möglichkeiten zum Abkühlen hat und daher zu früheren Zeiten zusammenbrechen kann, bevor der Protosternklumpen hohe Massen erreicht.}

$^7$ _{Weil der hohe Strahlungsdruck sehr massereicher Sterne wegbläst und / oder den Staub zerstört (ich denke, aber das ist nicht mein Fachwissen).}

Die kurze Antwort lautet: Wir wissen es nicht.

Eine längere pedantische Antwort würde darauf hinweisen, dass die Verwendung eines Begriffs, ohne zu verstehen, was Sie mit diesem Begriff meinen, niemals angemessen ist.

Der Begriff, den ich für problematisch halte, ist "Sternenstaub". In unserem Standardbild der Urknall-Nukleosynthese sind wir optimistisch (aufgrund der guten Übereinstimmung zwischen Berechnungen und Beobachtungen kosmologischer Häufigkeiten), dass wir verstehen, dass das Universum Wasserstoff, Helium und Spuren anderer gebildeter Elemente abkühlt (Lithium ist das am meisten oft erwähnt). Es wird fast NIE darauf hingewiesen, dass wenn das Universum aus 27% dunkler Materie und nur 5% regulärer Materie (hauptsächlich Wasserstoff) besteht, diese Berechnungen ein miserabler Fehler sind: Sie sagen die Existenz dunkler Materie nicht voraus! All dies wird ignoriert und wir gratulieren uns selbst (oder besser gesagt, die populären Medien loben die "Errungenschaften" der Wissenschaft). Sie können den größten Teil der Materie im Universum nicht ignorieren und erwarten, dass Ihre Modelle genau sind.

Ob der erste Stern der ersten Galaxie vorausging oder folgte, ist bis zu einem gewissen Grad eine Frage der Definition. Bis zu einem gewissen Grad. Es ist überhaupt nicht klar, ob vor der Galaxien- / Sternentstehung schwarze Löcher existierten oder nicht.

Wenn superschwarze Löcher existieren würden, würde alles innerhalb ihres Gravitationsbereichs eine Galaxie umfassen (wenn Sie sich für eine vernünftige Definition der Galaxie entscheiden würden). Was dann existieren würde, wäre Gas (und Plasma), dunkle Materie, und die ersten Spuren dessen, was Sie wahrscheinlich sagen würden, sind Sternenstaub: Lithium, Bor usw., das agglomerieren würde, wenn es mit ähnlichen Atomen kollidiert. Die Dichte dieses Staubes wäre meiner Meinung nach viel zu gering, um jemals Planeten zu bilden, ohne dass die Schwerkraft anderer Objekte eingreift. (Obwohl ich wahrscheinlich nie nie sagen sollte). OTOH, wenn die einzigen vorhandenen Schwarzen Löcher ausreichend klein wären, würden sie wahrscheinlich nur mit vorübergehenden Auswirkungen auf die Partikeldynamik verdampfen. Wir können also Sternenstaub ignorieren, das meiste davon wurde in den ersten Sternen (Generation III) gebildet.

Die Frage ist: was zuerst kam; Galaxien oder Sterne? Und die Antwort lautet: Was genau definiert eine Galaxie? Wir glauben, dass es Dichteschwankungen gab, die zu einem Gravitationskollaps des sie umgebenden Gases führen würden (und sie zusammensetzen). Ab wann kann diese Bewegung von anderen Bewegungen (anderen Volumen des Zusammenbruchs) unterschieden werden? Vielleicht können Sie vermuten, dass dies sowohl von der vorhandenen dunklen Materie als auch von der Geschwindigkeit (Temperatur) des Gases abhängt. Eine sorgfältige Analyse würde wahrscheinlich Fluchtgeschwindigkeiten beinhalten (und wie Sie wahrscheinlich wissen, hängt dies von der Verteilung der dunklen Materie ab) und den Punkt, an dem "das meiste" Gas umkreiste, anstatt nur zufällig zu kollidieren, was wiederum auf dem beruhen würde, was "das meiste" bedeutet (51%, 90%, 99%, ...).

Definieren Sie also den Begriff Galaxie. Wenn Sie es in Form von Sternen definieren, ist die Antwort einfach: (einige) Sterne standen an erster Stelle. Wenn Sie es in Gravitationszonen definieren, ist die Antwort möglicherweise beides. Das heißt, in einigen Fällen hatte Wasserstoff genug Zeit, um in einen Stern zu kollabieren, bevor "das meiste" Gas an eine nahegelegene "Galaxie" gebunden wurde (wahrscheinlich wäre Proto-Galaxie hier ein besserer Begriff), und an anderen Orten hatte sich die Protogalaxie selbst definiert bevor der erste Stern aufleuchtete. Wir wissen es nicht.

Es ist ein Fehler anzunehmen, dass das Universum, wie wir es heute sehen, eine vernünftige Annäherung an das Universum ist, da es nur 10 oder 100 Millionen Jahre nach dem Urknall erscheinen würde.

Unsere Modelle sind noch nicht gut genug (und werden es wahrscheinlich erst sein, wenn wir viel mehr darüber verstehen, was dunkle Materie ist und wie sie sich verhält), um sicher zu sein, dass Protogalaxien vor den ersten Sternen existierten oder dass die ersten Sterne vor dem leuchteten Zonen, die ich Protogalaxien nenne, waren separate Systeme.