ทำไมกาแลคซีถึงชนกัน?

ถ้าเอกภพกำลังขยายออกไปข้างนอกกระบวนการสำหรับกาแลคซีดวงหนึ่งจะต้องติดตามอะไรมากพอที่จะชนกับอีกอันได้?

บอกว่าGalaxy Andromedaและทางช้างเผือก

จักรวาลกำลังขยายตัวในวงกว้าง แต่สิ่งในพื้นที่มักจะยุ่งเหยิง

ในพื้นที่กาแลคซีไม่ได้ตั้งอยู่ในหินพวกมันเคลื่อนที่สัมพันธ์กันและทิศทางเป็นแบบสุ่ม หากพวกเขาเคลื่อนที่เข้าหากันอย่างรวดเร็วเพียงพอพวกเขาก็จะชนกัน

นอกจากนี้ยังมีแรงโน้มถ่วง กาแลคซีบางแห่งมีแรงดึงดูดซึ่งกันและกันซึ่งจะมีแนวโน้มที่จะดึงพวกมันเข้าด้วยกัน

ทำไมกาแลคซีจึงเคลื่อนที่เลยสัมพันธ์กับสิ่งอื่นในจักรวาลนี้มีพลังงานจลน์และกระจายแบบสุ่ม มีการกระจายแบบสุ่มสถานการณ์ทุกประเภทเป็นไปได้ - สิ่งที่วิ่งหนีจากกันซูมเข้าหากันชนกัน ฯลฯ

มันเป็นจักรวาลที่ยุ่งเหยิงและสุ่มและลำดับของการขยายจะปรากฏเฉพาะในระดับที่ใหญ่ที่สุด

กาแลคซีไม่ได้รับ "ออกนอกลู่นอกทาง" - เป็นไปไม่ได้ แต่สิ่งนั้นอาจจะไม่เกิดขึ้นอีกต่อไป (เนื่องจากอวกาศยังคงขยายตัว) สิ่งที่เกิดขึ้นจริงก็คือกาแลคซีก่อตัวเป็นกระจุกที่มีแรงโน้มถ่วง - ภายในกระจุกกาแลคซีความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงมีขนาดใหญ่กว่าการขยายพื้นที่ที่เท่ากันระหว่างกาแลคซีมากกว่ากาแล็กซีที่ไกลโพ้นมากขึ้น ในที่สุดก็ส่งผลให้เกิดการชนและการควบรวมกิจการ

หากการขยายตัวยังคงที่ประมาณจะมีจุดที่เราจะไม่สามารถมองเห็นกาแลคซีใด ๆ นอกกลุ่มของเรา แต่สำหรับผู้ที่อยู่ใกล้พอสิ่งนี้มีผลเพียงเล็กน้อยเช่นเดียวกับการขยายตัวของพื้นที่ไม่ทำให้อะตอมดาวเคราะห์ระบบสุริยะหรือกาแลคซีใหญ่ขึ้น

ฉันไม่แน่ใจว่ามีใครตอบคำถามที่ถาม สาเหตุเป็นที่แน่นอนว่าโครงสร้างที่ถูกผูกไว้ด้วยแรงโน้มถ่วงที่มีระยะเวลาเหวที่มีมากน้อยกว่าอายุของจักรวาลจะไม่ได้รับผลกระทบจากการขยายตัวโดยทั่วไปของจักรวาล (หมายเหตุ: โครงสร้างที่มีระยะเวลาเหวนานกว่านี้จะไม่ได้จะเป็นแหล่งที่มา จากการชนของกาแลคซีจำนวนมาก) นั่นคือในท้องถิ่นการขยายตัวภายในโครงสร้างดังกล่าวนั้นเล็กน้อย อย่างไรก็ตามนั่นไม่จำเป็นที่จะนำไปสู่การชนกันในระยะเวลาที่สั้นกว่าอายุของจักรวาล

เหตุผลแรกสำหรับการชนกันของกาแลคซีคือกระจุกกาแลคซีมีความหนาแน่นจำนวนมาก - นั่นคือระยะห่างระหว่างกาแลคซีนั้นไม่ใหญ่กว่า "ขนาด" ของกาแลคซีอย่างมากที่นี่ "ขนาด" หมายถึงปฏิสัมพันธ์ที่มีประสิทธิภาพ รัศมี. ผลที่ตามมาจากความหนาแน่นสูงเหล่านี้ไทม์ไดนามิคที่ทรงพลังในกลุ่มที่ร่ำรวย (และแม้กระทั่งกลุ่มกาแลคซีขนาดเล็ก) ก็มีมูลค่านับพันล้านปีและมีเวลาอีกมากที่กาแลคซีจะมีปฏิสัมพันธ์ ในทางตรงกันข้ามลองคิดดูว่าคุณจะสร้างแบบจำลองขนาดของดาวในพื้นที่ใกล้เคียงและเปรียบเทียบขนาดของดาวกับการแยกของพวกมันได้อย่างไร อันที่จริงมันเป็นเรื่องยากที่จะสร้างแบบจำลองขนาดดังกล่าวกับดาวที่มีขนาดที่มีความหมายใด ๆ ในทางกลับกันคุณสามารถ$\sim 10$

เหตุผลที่สองคือกาแลคซีจำนวนมากมีก๊าซและก๊าซนั้นสามารถกระจายพลังงานจลน์และการถ่ายโอนโมเมนตัมเชิงมุมได้อย่างง่ายดาย อีกปัจจัยคือกาแลคซีขนาดใหญ่แห่งหนึ่งมีก๊าซอินทราคลารัสซึ่งสามารถทำหน้าที่กระจายพลังงานจลน์ ในระบบแรงโน้มถ่วงที่มีแรงโน้มถ่วงจากนั้นวัตถุที่อยู่ในวงโคจรรอบกันและกันหรือรอบ ๆ ศูนย์กลางของมวลสามัญต้องการวิธีที่พลังงานจลน์และโมเมนตัมเชิงมุมสามารถหายไปเพื่อให้เกิดการชนกัน แม้ว่าจะไม่มีก๊าซความจริงที่ว่ามีกาแลคซีอยู่ในกลุ่มและกระจุกหมายความว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างร่างกายกับร่างกายสามารถทำหน้าที่กระจายพลังงานและโมเมนตัมเชิงมุมเพื่อให้เกิดการชนกัน

กาแลคซีไม่ได้รับ "นอกเส้นทาง" - เพื่อดูว่าการชนเกิดขึ้นได้อย่างไรเราต้องย้อนกลับไปที่การก่อตัวกาแลคซีตั้งแต่ต้น

ดังนั้นบิ๊กแบงก็เกิดขึ้น อวกาศเริ่มขยายตัวอย่างรวดเร็วและในระดับมาก นั่นคือพื้นที่ที่กำลังขยายตัวไม่ใช่กาแล็กซีที่เคลื่อนที่ภายในอวกาศโดยที่ - ระยะทางเปลี่ยนตัวเอง (ซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่าการขยาย "ตัวชี้วัด" ตัวชี้วัดเป็นคำสำหรับการวัดระยะทางและทำไมนักจักรวาลวิทยาจึงบอกว่าบิ๊กแบงเกิดขึ้น "ทุกที่")

ในเวลาเพียงเสี้ยววินาทีการขยายตัวครั้งใหญ่ก็ลดลง พื้นที่ยังคงขยายตัว แต่ในอัตราที่ช้ากว่ามาก กองกำลังสุดท้ายตัวสุดท้ายหลุดออกไปและเอกภพถูกทิ้งให้อยู่ในสภาพที่มีความหนาแน่นสูงอย่างร้อนแรงจนแม้แต่อนุภาคพื้นฐานอย่างโปรตอนนิวตรอนและอิเล็กตรอนก็ยังไม่มีอยู่แม้ว่าจะมีควาร์กสามารถทำได้

แต่มีบางสิ่งที่ละเอียดอ่อนเกิดขึ้น แม้ว่าการขยายตัวจะทำให้เรามีเอกภพที่สม่ำเสมอและเป็นเนื้อเดียวกันอย่างไม่น่าเชื่อ เมื่อสิ่งที่เย็นลงและอนุภาคเริ่มควบแน่น (และทำลายและสิ่งอื่น ๆ ) จักรวาลก็เหลือสิ่งที่นักดาราศาสตร์เรียกคลื่นอะคูสติก - โดยทั่วไปคือคลื่นนิ่ง และหากคุณเคยเห็นวิดีโอของถาดทรายที่ถูกสั่นสะเทือนคุณจะรู้ว่าเอฟเฟกต์หนึ่งอย่างคือมันทำให้บางสถานที่มีทรายมากขึ้นบางแห่งมีน้อยลงเนื่องจากรูปแบบการรบกวน ดังนั้นจักรวาลของเราจึงสิ้นสุดลงเมื่อมันขยายออกไปด้วยบางพื้นที่ที่หนาแน่นขึ้น

เอฟเฟกต์ที่สองเข้ามาในการเล่น คุณจะรู้ (หรือเคยได้ยิน) สสารมืด เราไม่รู้ว่ามันทำมาจากอะไร แต่เรารู้ว่ามันมีอยู่ (กาแล็กซี่ไม่สามารถก่อตัวได้โดยปราศจากมันพวกมันจะบินออกจากกันหรือใช้เวลานานกว่าอายุของจักรวาลในการก่อตัว) และเรารู้มากเกี่ยวกับวิธี มันทำงาน - สิ่งที่มันตอบสนองต่อแรงและสิ่งที่บังคับมันไม่ได้ โต้ตอบผ่านแรงโน้มถ่วง - ใช่อ่อนมาก โต้ตอบผ่านแรงแม่เหล็กไฟฟ้า - ไม่ไม่เลย บิตหลังนั้นสำคัญมาก

เมื่อเรื่อง "สามัญ" ล่มสลายมันจะร้อนขึ้น นั่นคือวิธีที่เราได้ดาวมา การแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาในระหว่างการพังทลายก็ทำหน้าที่เหมือนเป็นแรงกดดันต่อต้านการยุบทำให้ช้าลง นั่นเป็นสาเหตุที่ดาวอย่างดวงอาทิตย์ของเราเสถียรนานมาก สสารมืดไม่ได้มีปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (เท่าที่เรารู้) ดังนั้นมันจึงไม่สามารถสัมผัสหรือสร้างรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าได้ ดังนั้นเมื่อมันทรุดตัวลงมันจะไม่ร้อนมันไม่ปล่อยรังสี ... ฉันคิดว่าคุณจะเห็นว่ามันจะเกิดอะไรขึ้น ไม่มีการปล่อยรังสีในระหว่างการยุบเพื่อต่อต้านการยุบเพิ่มเติมดังนั้นจึงสามารถยุบเร็วกว่าสสารทั่วไป ในฐานะที่เป็นกันเพราะมันไม่สามารถปล่อยรังสีได้ แต่มันก็ไม่สามารถกำจัดพลังงานที่ต้องกำจัดเพื่อให้วัตถุที่หนาแน่นก่อตัวขึ้น ดังนั้นมันจึงยุบตัวลงอย่างรวดเร็วเพื่อกระจาย "ฮาโล" หมอกที่มีหมอก แต่ก็ไม่สามารถยุบตัวได้อีกมาก และไม่แปลกใจเลยที่มันพังทลายลงในสถานที่เหล่านั้นที่เอกภพมีความหนาแน่นเพียงเล็กน้อย ดังนั้นคุณจะได้สิ่งที่นักดาราศาสตร์เรียกว่า "เส้นใย" และ "รัศมี" ของสสารมืดเล็กน้อยเช่นฟองน้ำหรือชีสสวิสกับ "ช่องว่าง" เปรียบเทียบแยกพวกเขา สสารสามัญนั้นมีความสนใจอย่างมากต่อเส้นใยและสสารมืดที่มีอยู่แล้วเหล่านี้ มันพังทลายลงมา แรงโน้มถ่วงในตัวเองของสสารสามัญนั้นถูกปรับปรุงโดยแรงโน้มถ่วงเนื่องจากความเข้มข้นของสสารมืดที่นั่น - และสสารสามัญสามารถ สูญเสียพลังงานจากการแผ่รังสีดังนั้นมันจึงยุบตัวลงมากกว่าสสารมืดเพื่อสร้างกาแลคซีและเนื้อหาของมันที่เราเห็นได้ในปัจจุบัน

แรงดึงดูดสามารถทำเช่นนี้ได้เนื่องจากการขยายตัวของเอกภพในตอนนี้ชะลอตัวลงมากจาก "ความมั่งคั่ง" ของมันแรงโน้มถ่วงนั้นสามารถดึงบางสิ่งเข้าด้วยกันภายในอวกาศเร็วกว่าการขยายตัวสามารถเพิ่มช่องว่างระหว่างพวกมัน ในเรื่องระยะทางของจักรวาลแรงโน้มถ่วงนั้นอ่อนแอกว่ามากและการขยายตัวก็ยังคงมีอยู่ดังนั้นกระจุกดาวและซูเปอร์คลัสเตอร์ก็ยังคงเคลื่อนห่างออกไป แต่ภายในกระจุกกาแลคซีและกลุ่มกาแลคซี หรือโคจรอยู่ในนั้น

ดังนั้นเราจึงจบลงด้วยเอกภพที่ในระดับจักรวาลเราเห็นการขยายตัว "การชนะ" เนื่องจากแรงโน้มถ่วงอ่อนแอดังนั้นเราจึงเห็นซูเปอร์คลัสเตอร์เคลื่อนที่ไป แต่ภายในกลุ่มและกลุ่มกาแล็กซี่เราเห็นแรงโน้มถ่วง "ชนะ" เพราะมันแข็งแกร่งกว่าในระยะทางที่น้อยกว่าดังนั้นกลุ่มและสิ่งที่ถูกผูกมัดด้วยแรงโน้มถ่วงเช่นกาแลคซีจะอยู่ด้วยกัน

ในทางกลับกันสิ่งนี้หมายถึงว่ากาแลคซีและกลุ่มกาแลคซีมีแรงดึงดูดมากกว่าแรงโน้มถ่วงมากกว่าการขยายตัว ดังนั้นพวกเขาจึงยังคงเคลื่อนไหวอยู่ในกลุ่มและกลุ่มของพวกเขาแม้จะมีการขยายตัวทั่วไป และบางครั้งเนื่องจากการเคลื่อนที่ของวัตถุที่แยกกัน 3 ตัวหรือมากกว่านั้นภายใต้แรงโน้มถ่วงนั้นวุ่นวาย (และกลุ่มอาจมีกาแลคซีหลายพันล้านล้านล้านกาแลคซี) กาแลคซีทั้งหมดจะถูกผลักออกหรือชนกันหรือทำสิ่งใดก็ตาม และนั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้น

(แม้ว่าคุณจะไม่ได้ถามมันเป็นคำถามธรรมชาติที่สงสัยว่าจะเกิดอะไรขึ้นต่อไปเราเชื่อว่าอัตราการขยายตัวช้าลงนั่นหมายความว่าในอนาคตอันไกล (หลายสิบพันล้านปี) กาแลคซีนั้นจะ สำหรับแรงโน้มถ่วงที่จะครอบงำการขยายตัวดังนั้นกลุ่มที่มีความเสถียรในขณะนี้อาจแตกสลายในอนาคตอันไกลหากการขยายตัวเร่งความเร็วพอแล้วร่างกายขนาดเล็กก็อาจสลายตัวได้ในที่สุดบางทีอาจเป็นกาแลคซีเอง แต่นั่นเป็นสิ่งที่ไม่มีใครรู้)

$70 km.s^{-1}Mpc^{-1}$$70 km.s^{-1}$$110 km.s^{-1}$$70 km.s^{-1}$

แม้ว่าจักรวาลกำลังขยายตัวและโดยทั่วไปแล้วกาแลคซีที่อยู่ไกลออกไปจากเราก็ยิ่งเร็วขึ้นเท่าที่ดูเหมือนจะเคลื่อนห่างจากเรา สิ่งนี้ไม่สามารถใช้ได้กับกาแลคซีในกลุ่มท้องถิ่น ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ถูกผูกไว้ด้วยแรงโน้มถ่วง กาแลคซีแอนโดรเมด้ากำลังเคลื่อนไปสู่ทางช้างเผือกที่ประมาณ 400,000 กม. / ชม. และทางช้างเผือกและแอนโดรเมดาคาดว่าจะชนกันในเวลาประมาณ 4 พันล้านปี เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นกาแลคซีเดี่ยวขนาดใหญ่ใหม่จะถูกสร้างขึ้น กาแลคซีใหม่ซึ่งจะเกิดขึ้นจากการควบรวมกิจการบางครั้งจะได้รับชื่อ Milkomeda สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมดูโพสต์บล็อกล่าสุดของฉันในหัวข้อนี้

กว่าพันล้านปี Milkomeda จะค่อยๆดูดซับสมาชิกในกลุ่มอื่นในท้องถิ่น

โดยทั่วไปแล้วโครงสร้างที่ผูกไว้ด้วยแรงโน้มถ่วงเช่น: ระบบดาวฤกษ์ (เช่นระบบสุริยะ) กาแลคซีและกลุ่มและกระจุกกาแลคซีของเราจะไม่ใหญ่ขึ้นเมื่อเอกภพขยายตัว)