Formación y evolución de galaxias

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En astrofísica, las preguntas sobre la formación y evolución de las galaxias son:

¿Cómo se ha generado un unverso tan heterogéneo a partir de un universo homogéneo?
¿Cómo se formaron las galaxias?
¿Cómo cambian las galaxias con el tiempo?

La formación de las galaxias es una de las áreas de investigación más activas de la astrofísica; y, en cierto sentido, esto también se aplica a la evolución de las galaxias. Sin embargo, hay algunas ideas que ya están ampliamente aceptadas.

Después del Big Bang, el universo tuvo un periodo en el que fue muy homogéneo. Tal como se observa en el Fondo Cósmico de Microondas, las fluctuaciones son menores que una parta en cien mil.

La teoría más aceptada es que las estructuras que observamos hoy en día se formaron como consecuencia del crecimiento de fluctuaciones primordiales debido a la inestabilidad gravitacional.

Datos recientes aportan evidencias de que las primeras galaxias se formaron mucho más temprano de los que los astrónomos preveían, tan solo 600 millones de años después del Big Bang. Esto deja poco tiempo para que las pequeñas inestabilidades primordiales crezcan lo suficiente para que las protogalaxias formen galaxias.

Buena parte de los esfuerzos de investigación están centrados en los componentes de nuestra propia Vía Láctea, ya que es la galaxia más fácil de observar. Las observaciones que necesitan explicación, o al menos ser compatibles, en una teoría de la evolución galáctica son:

El disco estelar es muy fino, denso y rota.
El halo estelar es grande, disperso y no rota (o incluso tiene una pequeña retrogradación), sin subestructura aparente.
Las estrellas del halo son por lo general mucho más viejas y tienen una menor metalicidad que los discos estelares (aquí hay se observa una correlación, pero no hay una conexión directa entre estos datos).
Algunos astrónomos han identificado una población intermedia de estrellas, llamadas "población II intermedia". Si ésta es una población distinta, entonces se describirían como de baja metalicidad (pero no tan pobres como las estrellas del halo), viejas (pero no tan viejas como las estrellas del halo) y orbitan muy cerca del disco.
Los cúmulos globulares son en general viejos y de baja metalicidad, pero hay algunos que no tienen tan baja metalicidad como la mayoría, y/o que tienen estrellas más jóvenes. Algunas estrellas en los cúmulos globulares parece ser tan viejas como el propio universo (utilizando métodos y análisis totalmente diferentes).
En cada cúmulo globular, todas las estrellas nacen aproximadamente al mismo tiempo (excepto en algunos pocos cúmulos globulares que muestran múltiples épocas de formación estelar).
Los cúmulos globulares tienen órbitas más cortas (más cercanas al centro galáctico), baja inclinación

con respecto al disco, menos excéntricas; mientras que los que tienen órbitas más alejadas orbitan en cualquier inclinación y con órbitas más excéntricas.

Las nubes de alta velocidad, nubes de hidrógeno neutro "llueven" en la galaxia, y presumiblemente lo han hecho desde el comienzo (y serían la fuente del gas del disco del que se han formado las galaxias).