Галактики не сбиваются с пути - чтобы увидеть, как происходят столкновения, нам нужно вернуться к образованию галактик на ранней стадии.
Итак, Большой взрыв случается. Пространство начинает расширяться - резко и в огромной степени. Это пространство само расширяется, а не галактики, движущиеся в пространстве, кстати, сами расстояния меняются. (Вот почему это называется «метрическим» расширением, метрика - это термин для мер расстояния, а также почему космологи говорят, что Большой Взрыв произошел «везде»).
В крошечные доли секунды, массивное расширение уменьшается. Пространство продолжает расширяться, но гораздо медленнее. Последняя из фундаментальных сил отрывается, и космос остается как безумно горячая плотная смесь, настолько горячая, что даже основные частицы, такие как протоны, нейтроны и электроны, еще не могут существовать - хотя кварки могут.
Но происходят некоторые очень тонкие вещи. Даже несмотря на то, что расширение оставило нас с невероятно однородной, однородной вселенной, плотность действительно меняется в разных местах. По мере того, как вещи охлаждаются, и частицы начинают конденсироваться (и уничтожать, и другие вещи), во Вселенной остаются то, что космологи называют акустическими волнами - в основном стоячие волны. И если вы когда-либо видели видео с вибрирующим лотком с песком , вы будете знать, что одним из эффектов является то, что он оставляет в некоторых местах больше песка, а в некоторых - меньше, из-за помех. Таким образом, наша вселенная заканчивается, поскольку она расширяется, некоторые области более плотные, а некоторые менее плотные.
Второй эффект вступает в игру. Вы узнаете (или слышали о) темную материю. Мы не знаем, из чего он сделан, но мы знаем, что он существует (без него галактики не могли бы сформироваться, они бы разлетелись или заняли бы больше, чем возраст вселенной), и мы знаем много о том, как он ведет себя - какие силы он реагирует, а какие нет. Взаимодействовать через гравитацию - да, очень слабо. Взаимодействовать с помощью электромагнитной силы - нет, совсем нет. Этот последний бит имеет решающее значение.
Когда «обычное» вещество разрушается, оно нагревается. Вот как мы получаем звезды, например. Излучение, выделяемое во время коллапса, также действует как своего рода давление, противодействующее коллапсу, замедляющее его. Вот почему звезды, подобные нашему солнцу, стабильны так долго. Темная материя не взаимодействует электромагнитно (насколько нам известно), поэтому она не может испытывать или создавать электромагнитное излучение. Поэтому, когда он разрушается, он не нагревается, он не выделяет радиацию ... Я думаю, вы можете видеть, куда это идет. Во время коллапса нет излучения, которое могло бы противостоять дальнейшему коллапсу, поэтому он может разрушиться гораздо быстрее, чем обычное вещество . В сторону, потому чтоон не может испускать излучение, он также не может выбросить энергию, от которой нужно избавиться, чтобы образовались плотные объекты. Таким образом, в конечном итоге он быстро падает, превращаясь в туманное диффузное «ореол», но затем не может рухнуть намного больше. И неудивительно, что он разрушается в тех местах, где вселенная была немного плотнее. Таким образом, вы получите то, что космологи называют «нити» и «гало» темной материи, немного похожее на губку или швейцарский сыр, с относительными «пустотами», разделяющими их. Обычная материя сильнее притягивается к этим уже существующим филаментам и ореолам темной материи. Это рушится к ним. Самогравитация обычной материи усиливается гравитацией из-за концентрации там темной материи - и обычная материя может теряет энергию из-за излучения, поэтому она разрушается сильнее, чем темная материя, образуя галактики и их содержимое, которое мы можем видеть сегодня.
Гравитация может сделать это, потому что расширение вселенной к настоящему времени настолько сильно замедлилось от своего «расцвета», что гравитация может сблизить часть вещества в пространстве быстрее, чем расширение может добавить пространство между ними . На космических расстояниях гравитация намного слабее, и доминирует расширение, поэтому скопления и сверхскопления все еще раздвигаются, но внутри скоплений галактики и группы галактик ускоряются под действием силы тяжести, так что они в основном остаются в своих группах и скоплениях и перемещаются вокруг или орбита внутри них.
Таким образом, мы получаем вселенную, в космическом масштабе мы видим расширение, "выигрывающее", поскольку гравитация слаба, поэтому мы видим, как сверхскопления раздвигаются. Но внутри скоплений и групп галактик мы видим, что гравитация «выигрывает», потому что она сильнее на меньших расстояниях, поэтому скопления и гравитационно связанные объекты, такие как галактики, остаются вместе.
Это, в свою очередь, означает, что галактики и группы галактик связаны гравитацией больше, чем они разделены расширением. Таким образом, они продолжают двигаться в своих кластерах и группах, несмотря на универсальное расширение. И, иногда, поскольку движение 3 или более отдельных тел под действием силы тяжести хаотично (а скопления могут содержать миллиарды или триллионы галактик), целые галактики будут выбрасываться или сталкиваться, или делать то, что делают галактики. И вот как это происходит.
(Хотя вы не спрашивали, это естественный вопрос, чтобы задаться вопросом, что будет дальше. Мы считаем, что скорость расширения медленно ускорилась. Это означает, что в далеком будущем (десятки и сотни миллиардов лет), что галактики будут должны быть еще ближе друг к другу, чтобы гравитация доминировала над расширением. Таким образом, кластеры, которые сейчас стабильны, могут распасться в далеком будущем. Если расширение ускорится достаточно, тогда в конечном итоге могут распасться даже более мелкие тела, возможно, сами галактики, или даже звезды и атомы Но это то, что никто не знает.)