Кратко — суть моделей, их предсказания и какие наблюдения выбирают одну из них.
Модели
- Иерархическая сборка (ΛCDM, «bottom‑up»): маленькие системы формируются первыми, более крупные собираются через последовательные слияния и аккрецию. Предсказывает продолжительную сборку массы до низких z, частые минорные/мажорные слияния, подструктуру (потоки, оболочки), рост радиусов.
- Монолитный коллапс («top‑down» в старой терминологии): быстрая, единичная гравитационная коллапса́ и вспышка звездообразования в ранней Вселенной; звёзды формируются быстро и рано, небольшая поздняя сборка.
Ключевые предсказания (коротко)
- Возрастные распределения звёзд:
- Монолит: узкие, старые популяции; формирование за малое время ${\tau }_{\mathrm{SF}}\lesssim 1$ Гр.
- Иерархия: широкий диапазон возрастов, значительная доля более молодых (особенно в внешних частях) из-за поздней аккреции.
- Химия:
- Монолит: высокие $[\alpha /\mathrm{Fe}]$ при коротком ${\tau }_{\mathrm{SF}}$; строгие и предсказуемые градиенты металличности.
- Иерархия: смешение популяций, разглаживание градиентов, разнообразие $[\alpha /\mathrm{Fe}]$.
- Кинематика и структура:
- Монолит: гладкие профили, однородная динамика, малое количество кинематических декуплированных компонент.
- Иерархия: потоки, оболочки, крутящиеся или крутящиеся ядра, повышенная доля дисперсионной анизотропии/ротации в зависимости от вида слияний.
- Внутри‑групповая / внутрикластерная среда:
- Иерархия: богатая горячая газовая среда (X‑ray), наличие межгалактического света (ICL), разрушение сателлитов и их вклад в галактическую массу.
- Монолит: менее выраженные признаки поздней аккреции/струй.
Какие наблюдения и что они говорят
- Возрастные распределения и спектральный анализ (SPS, Lick‑индексы):
- Массивные эллиптики имеют старые светово‑массовые средние возраста, но повышенные $[\alpha /\mathrm{Fe}]$ → звёзды сформировались быстро (короткое ${\tau }_{\mathrm{SF}}$), особенно в центральных регионах. Это указывает на «быстрое SF» (свидетельство монолитоподобной формы звёзд), но не обязательно на их раннюю сборку.
- Градиенты металличности и $[\alpha /\mathrm{Fe}]$:
- Наблюдаемые градиенты часто слабее, чем ожидалось от чистого монолита → указывает на смешение через слияния.
- Кинематические карты и интегральное поле (SAURON, ATLAS3D, MaNGA):
- Частые кinematically decoupled cores, потоки, сложная внутренняя кинематика → поддержка иерархии.
- Глубокие снимки низкой поверхностной яркости:
- Распространённые оболочки, растянутые потоки и остатки слияний вокруг галактик (в том числе вокруг М31, Млечного Пути — поток Сагиттария) — прямой знак иерархической сборки.
- Эволюция функций массы/числа и размеров:
- Число массивных галактик и их массы увеличиваются с уменьшением z; сильная эволюция размеров: компактные ранние эллиптики при $z\sim 2$ затем увеличивают радиусы на фактор $\sim 2-4$ до $z\sim 0$ — согласуется с ростом массой через минорные слияния (иерархия).
- Частота пар галактик / скорость слияний:
- Измеренные скорости слияний и доля взаимодействий совместимы с иерархической моделью (особенно для минорных слияний).
- Внутрикластерная среда и X‑ray:
- Наличие горячего газа и ICL в кластерах — результат разрыва/стриппинга сателлитов, ожидаемого при иерархии.
- Многообразие в малых галактиках и спутниковые потоки:
- Млечный Путь и M31 показывают богатую историю аккреций — сильный аргумент в пользу иерархии.
Вывод / как совместить противоречия
- Чистый монолитный сценарий (вся масса и все звёзды образованы мгновенно и ранно) не поддерживается совокупностью данных.
- Современное представление: «двухфазная» модель — ранняя быстрая внутригалактическая формация звёзд (высокие $[\alpha /\mathrm{Fe}]$ у массивных галактик, ${\tau }_{\mathrm{SF}}\lesssim 1$ Гр) с последующей длительной сборкой массы через слияния и аккрецию (иерархия). То есть звёзды могут формироваться рано, а их сборка в сегодняшние крупные галактики происходит поэтапно до $z\sim 0$.
- Итого: наблюдения (возрастные распределения, $[\alpha /\mathrm{Fe}]$, кинематика, потоки, эволюция размеров и числа, X‑ray/ICL) в целом предпочитают иерархическую сборку с ранней интенсивной звёздообразовательной фазой у самых массивных объектов, а не чистый монолитный коллапс.