Gli ammassi di galassie sono strutture su larga scala di più galassie in interazione gravitazionale. L'evoluzione di questi aggregati è determinata dal tempo e dal modo in cui si sono formati, nonché dai processi con cui le loro strutture e costituenti sono cambiati nel tempo. Weizscker nel 1951 e George Gamow nel 1952 dimostrarono che le rotazioni osservate erano importanti in cosmologia . Hanno postulato che la rotazione delle galassie potrebbe essere un indice delle condizioni fisiche delle loro formazioni. Pertanto, la comprensione della distribuzione degli orientamenti spaziali dei loro assi di rotazione costituisce un punto critico per comprendere l'origine dei loro momenti angolari .
Esistono tre scenari principali per spiegare l'origine degli ammassi di galassie e dei superammassi . Questi modelli si basano su affermazioni diverse sulle condizioni dell'universo primordiale e quindi prevedono diversi allineamenti degli assi di rotazione delle galassie. Le tre ipotesi sono la teoria del vortice primordiale , il modello del pancake e il modello gerarchico . Questi tre modelli si escludono a vicenda perché portano a previsioni contraddittorie. Tuttavia, le previsioni fatte da ciascuna delle tre teorie sono tutte basate sui precetti della cosmologia. Pertanto, questi modelli possono essere testati utilizzando un database e l'uso di metodi analitici appropriati.
Una galassia è un insieme in interazione gravitazionale composto da stelle, polvere, gas e un componente di natura sconosciuta, chiamato materia oscura . La Via Lattea è solo uno dei miliardi di galassie nell'universo conosciuto. Sono classificati in base alla loro forma: a spirale , ellittica , irregolare e particolare . Le loro dimensioni possono essere contate nel numero di stelle che le compongono e vanno da poche centinaia per ( galassie nane irregolari a 10 13 nelle galassie ellittiche giganti. Le galassie ellittiche appaiono sferiche o ellittiche.
In base alla loro forma, le galassie sono classificate in categorie. Le galassie a spirale si estendono dalla categoria S0, quella delle galassie lenticolari, a Sb, quelle il cui nucleo è provvisto di una barra, poi Sc che hanno forti braccia a spirale. Le galassie ellittiche rappresentano il 13% del numero totale, S0 il 22%, Les Sa, bec il 61%, quelle irregolari il 3,5% e quelle particolari lo 0,9%.
Al centro della maggior parte delle galassie c'è un'alta concentrazione di vecchie stelle. Questa parte della galassia è chiamata bulbo galattico . Oltre il bulbo, si estende un disco che contiene le stelle più giovani e più calde ed è chiamato disco galattico. C'è una separazione morfologica: le galassie ellittiche sono molto comuni negli ammassi di galassie e tipicamente il centro di un ammasso è occupato da una galassia ellittica gigante. Le spirali si incontrano più frequentemente isolate, cioè lontane dai grappoli.
Il modello Primordial Vortex prevede che i vettori di spin delle galassie si distribuiscano prima perpendicolarmente al piano dell'ammasso. Il vortice primordiale è chiamato "scenario discendente". A volte è anche chiamato "modello di turbolenza". Nello scenario di turbolenza, i primi protoammassi rotanti e appiattiti si sono formati a causa del vortice cosmico nell'universo iniziale. Le conseguenti fluttuazioni di densità e pressione hanno causato la formazione di galassie.
L'idea che la formazione delle galassie sia iniziata dalla turbolenza primordiale ha una lunga storia. Nel 1971 e nel 1978, Leonid Ozernoy propose l'idea che le galassie si formino in regioni ad alta densità risultanti da shock prodotti dalla turbolenza. Secondo questa teoria, la presenza di alte velocità caotiche provoca turbolenze che a loro volta producono fluttuazioni di densità e pressione.
Le fluttuazioni di densità su scala degli ammassi di galassie possono essere correlate dalla gravità, ma le fluttuazioni di massa non lo sono mai. Le galassie si formano quando masse galattiche non legate turbinano, espandendosi più velocemente dell'ammasso di sfondo a cui sono legate. Pertanto, le galassie in formazione si scontrano tra loro quando gli ammassi iniziano di nuovo a collassare. Queste collisioni generano shock e proto-galassie ad alta densità sulla superficie dei vortici. Quando gli ammassi collassano di nuovo, il sistema galattico si impegna in un violento processo di rilassamento collettivo.
Fu nel 1970 che il modello pancake è stato proposto la prima volta da Yakov Zeldovich presso l' Istituto di Mosca di Matematica Applicata .
Il modello pancake prevede che i vettori spinali delle galassie tendono ad allinearsi nel piano dell'ammasso. Nello scenario del pancake, la formazione degli ammassi si è verificata per prima ed è stata seguita dalla loro frammentazione in galassie a causa delle fluttuazioni adiabatiche. secondo la teoria dell'instabilità gravitazionale non lineare, la crescita di piccole disomogeneità porta alla formazione di condensazioni di gas deboli e dense che vengono chiamate 'frittelle'. Queste condense vengono compresse e riscaldate ad alte temperature da onde d'urto che portano alla loro frammentazione in nuvole di gas. Quindi l'agglutinazione di queste nuvole provoca la formazione di galassie e dei loro ammassi.
Durante l'evoluzione si verificano instabilità termiche, idrodinamiche e gravitazionali. Ciò porta alla frammentazione dei protoammassi gassosi e, di conseguenza, si verifica l'ammasso galattico. Lo schema del pancake segue tre processi simultanei:
Secondo il modello gerarchico, le distribuzioni dei vettori spinali devono essere distribuite casualmente; In questo modello, le galassie si sono formate prima e poi hanno acquisito momento angolare dalle forze di marea quando si univano sotto la gravità per formare un ammasso. Queste galassie si ingrandirono per l'assorbimento delle condensazioni proto-galattiche che seguirono, o anche per la fusione di galassie già completamente formate. In questo diagramma, si può immaginare che grandi irregolarità come le galassie siano cresciute sotto l'influenza della gravità di piccole imperfezioni nell'universo primordiale.
Momento angolare trasferito a una proto-galassia in via di sviluppo attraverso le interazioni gravitazionali del momento quadrupolare del sistema attraverso il campo di forza delle maree della materia.