宇宙正在大規模擴展。但是局部事物總是混亂的。
在局部,星係不是固定在石頭中,它們彼此相對移動,方向是隨機的。如果它們彼此足夠快地朝彼此移動,那麼它們將碰撞。
此外,還有重力。一些星系在重力作用下相互束縛,這將趨於將它們拉在一起。
關於為什麼星系相對於彼此根本不運動的原因-宇宙中的事物具有動能,並且它是隨機分佈的。可以隨機分佈,各種情況都是可能的-事物相互遠離,相互縮放,碰撞等。
這是一個混亂且隨機的宇宙,並且擴展的順序變為僅在最大範圍內可見。
星係並沒有真正脫離軌道-這不是不可能,但是隨著空間的不斷擴大,這種事情可能不再發生了。實際發生的是星系形成了受重力約束的星團-在星團內,由於重力而產生的加速度大於銀河系之間的等效空間擴展,因此,所討論的星系實際上並不會隨著距離的增加而距離越來越近。最終,這將導致碰撞和合併。
如果擴展大致保持恆定,則將出現一個點,即我們將無法再看到自己星團之外的任何星系。但是對於那些距離足夠近的人來說,這幾乎沒有效果-就像空間的擴大不會導致原子,行星,太陽系或星系變大一樣。
我不確定是否有人回答了所提問題。根本原因的確是,自由落體時間尺度比宇宙年齡短得多的引力束縛結構不受宇宙一般膨脹的很大影響(注意:自由落體時間尺度比這更長的結構不是將成為許多銀河系碰撞的根源)。即,局部地,這種結構內的膨脹可以忽略不計。但是,這不一定會導致在比宇宙年齡短的時間尺度上發生碰撞。
星系碰撞的第一個原因是星系團簇具有非常大的數密度-即,星係並沒有比星系的“大小”大很多,這裡的“大小”是指有效相互作用的橫截面半徑。由於這些高密度,富星團(甚至更小的星系組)中的自由落體動力學時標約為數十億年,因此星係有足夠的時間相互作用。相比之下,請考慮如何在本地鄰域中構建恆星的比例模型,並比較恆星的大小及其間隔。實際上,很難用任何有意義大小的恆星建立這樣的比例模型。另一方面,您可以建立一個比例模型,例如說本地銀河系,因為它們的間隔僅為 $ \ sim 10 $ span>倍它們的大小。
第二個原因是,許多星係都包含氣體,並且氣體可以很容易地耗散動能,並且還可以傳遞角動量。另一個因素是,大量星系團包含簇內氣體,這些氣體也可以用來耗散動能。在萬有引力的系統中,在軌道上彼此圍繞或圍繞共同的質心的物體需要這樣的方式,在這些方式中,動能和角動量可能會丟失,從而發生碰撞。即使沒有氣體,星係也存在於團簇和團簇中,這意味著n體相互作用可以消散能量和角動量,從而發生碰撞。
星係不會偏離軌道-要查看碰撞是如何發生的,我們需要儘早回到星系形成。
因此,發生了大爆炸。空間開始擴展-極大地擴展。順便說一下,空間本身就是在擴展,而不是星系在空間中移動-距離本身會改變。 (這就是為什麼它被稱為“度量”擴展,度量是距離度量的術語,也是為什麼宇宙學家說“大爆炸”發生在“各處”。)
在不到一秒鐘的時間內,大規模擴張逐漸減弱。空間繼續擴大,但是速度要慢得多。最後的基本力消失,宇宙以瘋狂的熱稠密混合物的形式離開,如此之熱,以至於質子,中子和電子之類的基本粒子都不存在,儘管夸克可以。
但是發生了一些非常微妙的事情。儘管擴展給我們帶來了一個難以置信的均勻同質的宇宙,但密度在各個地方之間的變化確實很小。隨著事物冷卻,粒子開始凝結(以及殲滅,以及其他事物),宇宙留下了宇宙學家所謂的聲波-基本上是駐波。而且,如果您曾經看過一盤沙盤振動的視頻,您會知道一個影響就是由於乾涉圖案,它會使一些地方的沙更多,有些沙更少。因此,隨著宇宙的擴展,我們的宇宙最終結束了,其中一些區域變得更密,一些區域變得更不密。
第二個效果開始發揮作用。您將知道(或聽說過)暗物質。我們不知道它是由什麼組成的,但是我們知道它的存在(如果沒有它,星係就無法形成,它們會飛散開來或花費比宇宙形成的時間更長的時間),而且我們對如何它的行為-它響應什麼力量,什麼不響應。通過重力相互作用-是的,非常微弱。通過電磁力進行交互-不,完全沒有。後一點至關重要。
當“普通”物質崩潰時,它會升溫。例如,這就是我們獲得星星的方式。坍塌過程中釋放的輻射也起到一種壓力的作用,與坍塌相反,從而使其減速。這就是為什麼像我們的太陽這樣的恆星能夠保持如此長時間穩定的原因。暗物質不會發生電磁相互作用(據我們所知),因此它不會經歷或產生電磁輻射。因此,當它崩潰時,它不會變熱,也不會釋放輻射...我想您可以看到它的發展方向。 在坍塌過程中沒有釋放出輻射來抵抗進一步的坍塌,因此它的坍塌速度比普通物質快得多。順便說一句,因為它不能釋放輻射,也不能拋棄必須釋放的能量才能形成稠密的物體。因此,它很快就會崩潰為朦朧的彌散“光暈”,但隨後無法崩潰得更多。毫不奇怪,它在宇宙密度較小的那些地方倒塌了。因此,您得到了宇宙學家所說的暗物質的“細絲”和“暈圈”,有點像海綿或瑞士奶酪,而比較的“空隙”將它們分開。普通物質被這些已經存在的暗物質細絲和光環所吸引。它向他們崩潰。由於暗物質的濃度,重力會增強普通物質的自重-普通物質 會通過輻射損失能量,因此它比暗物質塌陷的程度更大,從而形成了我們今天可以看到的星系及其內容。
重力可以做到這一點,因為到目前為止,宇宙的膨脹已比其“全盛時期”減慢了很多,以至於重力可以將某些物質在空間內拉到一起的速度比膨脹快得多。 在它們之間添加空間。在宇宙距離上,引力要弱得多,並且膨脹起主導作用,因此星團和超團簇仍然分開,但是在星團內部,星系和星系團被重力加速到足以使它們大部分停留在它們的星團和星團中,並在周圍移動
所以我們最終得到了一個宇宙,該宇宙在宇宙範圍內由於引力弱而看到膨脹“獲勝”,因此我們看到超級團簇移動。但是在星團和星系群中,我們會看到引力“勝利”,因為它在較小的距離上會更強,因此星團和引力約束的實體(如星系)保持在一起。
這又意味著星系和星系群受引力的束縛比被膨脹分開的束縛更大。因此,儘管普遍擴張,他們仍在集群和群體中移動。而且,有時,由於3個或更多獨立的物體在重力作用下的運動是混亂的(並且星團可能包含數十億或數万億個星系),因此整個星係都會被彈出,碰撞或做任何星系。
(儘管您沒有問過,但自然會想知道接下來會發生什麼。我們相信擴張速度正在緩慢加快。這意味著在遙遠的未來(幾千億億年),星系必須更加靠近,才能控制引力擴張。因此,目前穩定的星團可能在遙遠的未來分裂。如果擴張足夠快,那麼甚至較小的物體最終可能破裂,也許是星系本身,甚至是恆星和原子。但這是沒人知道的。)
我認為還值得注意的是,宇宙學的擴展只能在最大規模上進行測量。哈勃定律告訴我們,物體離物體越遠,擴張將物體拉出的速度就越快。該費率大約為 $ 70 km.s ^ {-1} Mpc ^ {-1} $ span>-換句話說,每兆帕(Mpc-約300萬光年),那麼您在太空中看得更遠,則其後退速度增加了另外的 $ 70 km.s ^ {-1} $ span>。對於一個相對較近的星系,它在太空中的實際速度可能遠大於此。以仙女座星係為例,它距我們只有250萬光年(0.77 MPc),它實際上是在 $ 110 km.s ^ {-1} $ span>。對於數十億光年遠,更遙遠的星系,所有這些 $ 70 km.s ^ {-1} $ span>附加組件的疊加量非常大更高的衰退速度。
儘管宇宙正在膨脹,並且總的來說,銀河離我們越遠,它似乎離我們越快。這不適用於本地組中的星系。這是萬有引力的結構。仙女座星係正以約40萬公里/小時的速度向銀河方向移動,銀河系和仙女座星系預計將在約40億年的時間內相撞。發生這種情況時,將形成一個巨大的新的單一星系。由合併形成的新星係有時被命名為Milkomeda。有關更多詳細信息,請參見我最近在此主題上的博客文章。
數十億年來,Milcomomeda將逐漸吸收其他本地組成員。
通常任何引力約束的結構,例如:恆星系統(例如太陽系),隨著宇宙的擴展,我們的星係以及星系和星團將不會變大。