היווצרות גלקסיות והתפתחותן

היווצרות גלקסיות והתפתחותן אירעו אחרי המפץ הגדול.
גלקסיה היא צבר כוכבים עצום. כל הכוכבים בגלקסיה קשורים זה לזה על ידי כוח הכבידה. גלקסיות מופיעות במגוון צורות וגדלים, וכל גלקסיה מכילה בממוצע כמאות מיליוני  כוכבים, וכן מיליוני ערפיליות. על פי השערת החוקרים, במרכזה של כל גלקסיה מצוי חור שחור, שהכבידה שלו חזקה במיוחד. קיימים ארבעה סוגי גלקסיות: גלקסיה ספיראלית, גלקסיה אליפטית, גלקסיה לא-סדורה וגלקסיית רדיו.

היווצרות גלקסיות

קיימות תאוריות רבות לגבי היווצרות גלקסיות, כאשר התאוריה הפשוטה ביותר היא שגלקסיות נוצרות, כתוצאה מתנודות קוונטיות בתקופה שלאחר המפץ הגדול. תנודות קוונטיות הן  תנועות לא רצוניות של אטומים. האסטרונומים מסבירים תאוריה זו בכך שלאחר היווצרות היקום, תנודות קטנות בחומר גרמו לכך שגז מימן והליום נמשכו בכוח המשיכה ליצירת ענני גז (הגלקסיות).  
תאוריה נוספת אומרת כי יש קשר בין מסת החור השחור, לבין גלקסיות ולאופן היווצרותן. ישנה פרופורציה בין גדילת הגלקסיה לגודל החור השחור, ככל שגלקסיה גדולה יותר, כך החור השחור שבמרכזה גדול יותר. לפי תאוריה זו, האופן בו גלקסיות נוצרו והתפתחו בעידן הקדום של היקום, שונה מהאופן שבו הן נוצרות כיום.

חור שחור

על פי השערות החוקרים, במרכז כל גלקסיה ישנו חור שחור. לחור השחור יש כבידה חזקה, הוא בולע כל קרינה וחומר, ואינו פולט דבר. הכבידה החזקה שלו מושכת את הכוכבים, ובכך שומרת עליהם במסלולם. החור השחור מהווה חלק גדול ממסת הגלקסיה. גרם שמים זה הוא בעל כבידה חזקה כל כך, עד שמהירות המילוט ממנו גדולה ממהירות האור. מהירות מילוט היא המהירות הקטנה ביותר הנדרשת לגוף כדי להשתחרר מכבידה של גוף אחר. את החור השחור לא ניתן לראות בשל הכבידה החזקה, כיוון שהאור אינו יכול להימלט מהחור השחור.

הקשר בין המסה האפלה לגודל וצורת הגלקסיה

מחקרים רבים שנערכו סבורים כי קיים קשר בין המסה האפלה לצורת הגלקסיה. מסה אפלה או חומר אפל הוא חומר היפותטי, כלומר שקיים לא באופן וודאי, אלא על פי השערות בלבד. על פי מחקרים אלו, המסה האפלה (או חומר אפל) יכולה להסביר תופעות רבות הקשורות בכוח הכבידה. המסה האפלה נמדדת באמצעות השפעתה על מסלולי המסה הנראית בגלקסיה, והיא גדולה בהרבה מהמסה הנראית בגלקסיה. המסה האפלה בעלת כוח כבידה גבוה מאוד, הגורם לתנועת הכוכבים, והיא מהווה 75% ממסת היקום.
על פי המחקרים, יש קשר בין כל גודל גלקסיה לצורתה. גלקסיות גדולות יוצרות צורה אליפטית, וגלקסיות קטנות צורה ספירלית (גלקסיית דיסק).

היווצרות גלקסיית דיסק

גלקסיית דיסק מכילה גז קר, המעיד על כך שאין מספיק לחץ. הכוח הצנטריפוגלי של הגלקסיה מונע מהגז הקר לקרוס לנקודה אחת, המאונכת לכיוון הסיבוב. בכיוון המקביל לציר הסיבוב, אין דבר המונע מהגז לקרוס לתוך נקודה, ולכן נוצרת "דסקית" דקה מאוד, וצורת הגלקסיה נראית כצורה של דיסק.
על פי מחקרו של הקוסמולוג ד"ר יובל בירנבוים, נוצרת גלקסיית דיסק באופן יעיל בהיעדר גל הלם יציב, שמונע את הנפילה החופשית של הגז. מצב של היעדר גל הלם יציב נוצר כאשר מסת ההילה קטנה מטריליון שמשות. בהילות אלו חודר הגז אל תוך ההילה וזורם במהירות גבוהה, כאשר הוא עדיין קר.
המסה האפלה מייצבת את גלקסיית הדיסק, ובלעדיה הגלקסיה הייתה מתפרקת לגושים.
גלקסיית דיסק מאופיינת בעיקר בכך שהיא דקה מאוד, בעלת יכולת להסתובב במהירות, ובעלת צורה דמוית דסקית. בגלקסיית דיסק אין מספיק לחץ, אך הכוח הצנטריפוגלי מונע מהגז ליפול אל מרכזה.

היווצרות גלקסיה אליפטית

לעומת גלקסיית הדיסק, לגלקסיות אליפטיות צורה כדורית, והן נוצרות באופן שונה לגמרי. הגלקסיות האליפטיות נוצרות עקב התנגשות בין גלקסיות קטנות יותר, שנוצרו לאחר היווצרות כוכבים. כתוצאה מכך, לגלקסיות אלו יש צורה יותר כדורית והן אינן שטוחות. ההסבר לכך הוא, שבניגוד לגז, אשר יכול לקרוס לתוך נקודה אחת למרכז הגלקסיה, כוכבים אינם זורמים לפי לחץ, ניתן להתייחס אליהם כמסה נקודתית, ואינם יכולים  להתקרר ולקרוס למרכז הגלקסיה.
גלקסיה אליפטית מאופיינת בעיקר בצורה של כדור פחוס/צלחת, ואין בה כמעט כוכבים צעירים, כיוון שהיא נוצרת לאחר היווצרות הכוכבים. לכן, הכוכבים בה לרב הינם כוכבים "מבוגרים".
על פי השערות החוקרים, במרכז כל גלקסיה מצוי חור שחור, שמהווה גם חלק גדול במסת הגלקסיה שאינה נראית לעין (החומר האפל).
לסיכום, רוב מסת הגלקסיות מורכבת ממסה האפלה, חומר אפל שלא ניתן לצפייה, ובעל כוח משיכה גבוה וכוח צנטריפוגלי, אשר מאפשר את קיום הגלקסיה.

הפסקת התכווצות גלקסיית דיסק

ישנו תהליך אשר מפסיק את התכווצות גלקסיות הדיסק, אך אסטרונומים לא יודעים בוודאות מהו תהליך זה. לפי השערה אחת, הקרינה נפלטת מכוכבים צעירים, או מגלעינים פעילים של גלקסיות, היכולים להאט את קצב ההתכווצות של הגלקסיה. הקרינה הנפלטת מקרבת החור השחור בתהליך גדילתו, יוצרת התחממות גז ולכן מעכבת את התכווצות הגלקסיה.

מיזוג גלקסיות

כל תהליכי ההתפתחות של גלקסיה הם תהליכים מאוד איטיים ויציבים וכך גם מיזוגי גלקסיות. התמזגויות של גלקסיות הן תופעה נפוצה ביקום. מיזוגי הגלקסיות המוכרות לנו דומות למכוניות קטנות המתנגשות. 
מיזוג הגלקסיות הוא תהליך בו משתתפות שתי גלקסיות או יותר. בתהליך זה כוח הכבידה גורם לגלקסיות קרובות להסתחרר זו עם זו עד, שלבסוף, במשך מיליארדי שנים, הן מתמזגות לכדי גלקסיה אחת. בדרך כלל, משתתפות בתהליך גלקסיות לווין בעלות מסה קטנה, המקיפות גלקסיה אחרת בעלת מסה גדולה, וכך גלקסיות הלווין מתמזגות בתהליך אטי עם הגלקסיה הגדולה ליצירת גלקסיה גדולה יותר.
ברוב המקרים הכוכבים של הגלקסיות ש"נאכלו" מוצאים מקום בין הכוכבים של הגלקסיה הקולטת, ולכל הכוכבים יש מספיק מקום. לעומת זאת, ככל הנראה שלא יקרה כך גם במקרים של מיזוגי גלקסיות גדולות כמו שביל החלב ואנדרומדה.
מיזוג גלקסיות היא אחד האירועים העיקריים, הגורמים להולדת כוכבים חדשים כאשר, המיזוג גורם לשינויים במאזן האבק בגלקסיות ויוצרים חממות כוכבים חדשות. כך נוצרים כוכבים חדשים מתוך הערפיליות שנוצרות. במקרה של גלקסיות דיסק, תהליך המיזוג יכול להיות מאוד הרסני, משום שגלקסיות דיסק הן מאוד דקות ושבריריות.

סוף חייה של הגלקסיה

כפי שיש תאוריות רבות לגבי היווצרות הגלקסיות, ישנן גם תאוריות לגבי מותה של גלקסיה וסוף חייה. תאוריה אחת אומרת כי גלקסיות מתות, כתוצאה מכך שחומרי הדלק הגורמים להיווצרות הכוכבים נגמרים. דבר זה גורם להיווצרות הכוכבים להיפסק, ובכך ל"חנק" של הגלקסיה. 
תאוריה נוספת אומרת, כי חומרי הדלק של הגלקסיה נגמרו, כתוצאה מכוח פנימי כמו חור שחור. כמו כן, ישנה תאוריה הואמרת כי מותה של גלקסיה, נגרם כתוצאה מהשתלבות של גלקסיה זו עם גלקסיה אחרת.