왜 은하들이 충돌 하는가?

우주가 바깥으로 확장되고 있다면, 한 은하가 다른 은하계와 충돌하기에 충분하지 않은 과정은 무엇입니까?

안드로메다 은하 와 은하수를 말하십시오 .

우주는 대규모로 확장되고 있습니다. 그러나 현지 상황은 항상 지저분합니다.

국부적으로, 은하들은 돌로 설정되지 않고 서로에 대해 움직이며 방향은 무작위입니다. 그들이 서로를 향해 빠르게 움직이면 충돌 할 것입니다.

또한 중력이 있습니다. 일부 은하들은 중력에 의해 서로 구속되어 있으며, 그것들은 서로를 끌어 당기는 경향이 있습니다.

왜 은하가 서로에 대해 전혀 움직이지 않는 이유에 관해서는,이 우주의 물체에는 운동 에너지가 있으며 무작위로 분포합니다. 무작위로 분산되어 모든 종류의 시나리오가 가능합니다. 서로 도망 가거나, 서로 확대 / 축소하거나, 서로 부딪 치는 등의 상황이 가능합니다.

지저분하고 무작위적인 우주이며 확장 순서는 가장 큰 규모에서만 분명해집니다.

은하들은 실제로 "궤도를 벗어난"것을 얻지 못합니다. 불가능하지는 않지만, 이런 종류의 일은 더 이상 일어나지 않을 것입니다 (공간이 계속 확장됨에 따라). 실제로 일어나는 것은 은하가 중력으로 묶인 클러스터를 형성한다는 것입니다. 클러스터 내에서 중력으로 인한 가속도는 은하 사이의 공간 확장보다 큽니다. 따라서 더 먼 곳으로 자라기보다는 시간이 지남에 따라 점점 더 가까워집니다. 결국 이것은 충돌과 합병을 초래합니다.

확장이 대략 일정하게 유지되면 더 이상 우리 자신의 성단 밖에서 은하계를 볼 수 없게 될 것입니다. 그러나 충분히 가까이있는 사람들에게는 우주의 팽창으로 인해 원자, 행성, 태양계 또는 은하가 더 커지지 않는 것처럼 효과가 거의 없습니다.

누구든지 질문에 대답했는지 확실하지 않습니다. 근본적인 원인은 우주의 나이보다 훨씬 짧은 자유 낙하 시간 스케일을 갖는 중력 결합 구조가 우주의 일반적인 확장에 크게 영향을받지 않는다는 것입니다. 많은 은하 충돌). 즉, 그러한 구조 내에서의 확장은 국부적으로 무시할 만하다. 그러나 이것이 반드시 우주의 나이보다 짧은 시간 규모에서 충돌을 일으키는 것은 아닙니다.

은하 충돌의 첫 번째 이유는 은하단의 밀도가 매우 크기 때문입니다. 즉, 은하의 간격이 은하의 "크기"보다 크게 크지 않기 때문입니다. 여기서 "크기"는 효과적인 상호 작용 단면을 의미합니다. 반지름. 이러한 높은 밀도의 결과로, 풍부한 군집 (및 더 작은 은하군)의 자유 낙하 역학 시간 규모는 수십억 년이며, 따라서 은하가 상호 작용할 시간이 충분합니다. 반대로, 인근 지역에 별 의 축척 모델을 구성하고 별의 크기를 별과 비교하는 방법에 대해 생각 하십시오. 실제로 의미있는 크기의 별을 가진 그러한 스케일 모델을 만드는 것은 어려울 것입니다. 반면에, 당신 은 할 수 있습니다분열이 크기의 배에 불과하기 때문에 국부 은하군의 규모 모델을 만든다 .$\sim 10$

두 번째 이유는 많은 은하에 가스가 포함되어 있고 가스가 운동 에너지를 쉽게 소산하고 각도 운동량을 전달할 수 있기 때문입니다. 또 다른 요인은 거대한 은하단이 운동 에너지를 소산하는 역할을 할 수있는 클러스터 내부 가스를 포함한다는 것입니다. 중력에 구속 된 시스템에서, 서로 주위 또는 공통 질량 중심 주위에있는 물체는 충돌이 일어나기 위해 운동 에너지와 각 운동량을 잃을 수있는 방법이 필요합니다. 가스가 없어도 은하가 그룹과 클러스터에 존재한다는 사실은 n-body 상호 작용이 충돌을 일으키기 위해 에너지와 각 운동량을 소산시키는 역할을 할 수 있음을 의미합니다.

은하들은 "궤도를 벗어남"을 얻지 못합니다. 충돌이 어떻게 발생하는지 보려면 먼저 은하계 형성으로 돌아 가야합니다.

따라서 빅뱅이 발생합니다. 공간이 극적으로 그리고 크게 확장되기 시작합니다. 그건 그렇고, 우주 자체는 우주 내에서 움직이고 있지만 거리 자체는 변하지 않습니다. (이것이 왜 "메트릭"확장이라고 불리는 지, 메트릭은 거리 측정의 용어이며, 우주 론자들은 빅뱅이 "모든 곳에서"일어난다 고 말합니다.

1 초의 작은 부분에서 엄청난 확장이 이루어집니다. 공간은 계속 확장되지만 속도는 훨씬 느려집니다. 근본적인 힘의 마지막 부분이 사라지고 우주는 극도로 뜨겁고 밀도가 높은 혼합물로 남습니다.

그러나 매우 미묘한 일이 진행되고 있습니다. 비록 팽창이 엄청나게 균일하고 균질 한 우주로 우리를 떠났지만 밀도는 장소에 따라 매우 다양합니다. 사물이 차가워지고 입자가 응축하기 시작하면 (그리고 소멸 등) 우주 론자들은 우주 파가 음향 파 (기본적으로 정재파)라고 부르는 것으로 남게됩니다. 그리고 모래 트레이가 진동하는 비디오 를 본 적이 있다면 간섭 패턴으로 인해 모래가 더 많은 곳을 남겨두고 일부는 더 적은 곳으로 남겨 둔다는 효과가 있습니다. 그래서 우리 우주는 팽창하면서 일부 지역은 더 밀도가 높고 밀도는 낮아집니다.

두 번째 효과가 작용합니다. 당신은 암흑 물질을 알거나 들었을 것입니다. 우리는 그것이 무엇인지 알지 못하지만 그것이 존재한다는 것을 알고 있습니다 (은하가 없으면 은하계가 형성 될 수 없으며, 우주의 나이보다 오래 걸리거나 형성 될 수 있음). 그것은 어떤 힘에 반응하고 어떤 힘에 반응하지 않는가? 중력을 통해 상호 작용하십시오-매우 약합니다. 전자기력을 통해 상호 작용하십시오. 후자는 중요하다.

"일반적인"물질이 무너지면 가열됩니다. 예를 들어 우리가 별을 얻는 방법입니다. 붕괴 중에 방출 된 방사선은 또한 일종의 압력으로 작용하여 붕괴에 대항하여 속도를 늦 춥니 다. 그래서 우리 태양과 같은 별들이 오랫동안 안정되어 있습니다. 암흑 물질은 전자 기적으로 (우리가 아는 한) 상호 작용하지 않으므로 전자기 방사선을 경험하거나 생성 할 수 없습니다. 붕괴되면 뜨겁지 않고 방사선을 방출하지 않습니다. 붕괴 중에 방출되는 방사선이 없어 더 이상 붕괴에 저항하지 않으므로 일반 물질보다 훨씬 빠르게 붕괴 할 수 있습니다 . 제쳐두고, 때문에그것은 방사능을 방출 할 수없고, 또한 조밀 한 물체가 형성되도록 제거되어야하는 에너지를 방출 할 수 없습니다. 따라서 흐릿한 확산 "후광"으로 빠르게 붕괴되지만 더 이상 붕괴되지 않습니다. 그리고 우주가 부분적으로 밀도가 높은 곳에서 붕괴되는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 그래서 당신은 우주 론자들이 스펀지 나 스위스 치즈와 같은 암흑 물질의 "필라멘트"와 "후광"이라고 부르는 것을 얻습니다. 기존의 암흑 물질 필라멘트와 후광에 일반 물질이 더 강력하게 끌립니다. 그것들을 향해 무너집니다. 보통 물질의 자기 중력은 암흑 물질의 농도로 인해 중력에 의해 향상되며 보통 물질 은 복사에 의해 에너지를 잃어 버리므로 암흑 물질보다 더 많이 붕괴되어 오늘날 볼 수있는 은하와 그 내용을 형성합니다

우주의 팽창이 이제 "유희"에서 훨씬 느려졌 기 때문에 중력은 이것을 할 수 있다 . 팽창은 그들 사이에 공간을 추가 할 수있는 것보다 중력이 공간 내 에서 물질의 일부를 더 빨리 끌어 당길 수 있기 때문 이다. 우주 거리에서 중력은 훨씬 약하고 팽창이 지배적이므로 클러스터와 슈퍼 클러스터는 여전히 멀어 지지만 클러스터 내에서는 은하계와 은하계 그룹이 중력에 의해 가속되어 그룹과 클러스터에 머무르며 이동합니다. 또는 그 안의 궤도.

우리는 우주 규모로, 중력이 약 해짐에 따라 팽창하는 "승리"하는 우주를 보게되므로, 슈퍼 클러스터가 분리되는 것을 볼 수 있습니다. 그러나 군집과 은하계에서는 중거리가 더 먼 거리에서 더 강하기 때문에 중력이“승리”되는 것을 볼 수 있습니다.

이것이 의미하는 바는, 은하와 은하 그룹은 팽창에 의해 분리 된 것보다 중력에 의해 더 묶여 있다는 것입니다. 따라서 보편적 인 확장에도 불구하고 클러스터 및 그룹 내에서 계속 움직이고 있습니다. 그리고 때로는 중력 하에서 3 개 이상의 분리 된 몸체의 움직임이 혼란스럽고 (클러스터는 수십억 또는 수조 개의 은하를 포함 할 수 있기 때문에), 전체 은하가 방출되거나 충돌하거나 은하계의 행동을 수행합니다. 그리고 그것이 일어나는 방식입니다.

(당신은 묻지 않았지만, 다음에 어떤 일이 일어날 지 궁금해하는 것은 당연한 질문입니다. 우리는 팽창 속도가 느리게 증가하고 있다고 믿습니다. 중력이 팽창을 지배하기 위해서는 서로 더 가까워 져야합니다. 따라서 현재 안정된 클러스터는 먼 미래에 붕괴 될 수 있습니다. 그러나 그것은 아무도 모릅니다.)

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

우주가 팽창하고 있지만 일반적으로 은하가 멀수록 멀어 질수록 우리로부터 멀어 질수록 더 빨리 움직입니다. 이것은 로컬 그룹의 은하에는 적용되지 않습니다. 중력 결합 구조입니다. 안드로메다 은하계는 약 40 만 km / h로 은하수쪽으로 이동하고 있으며, 은하수와 안드로메다는 약 40 억 년 안에 충돌 할 것으로 예상됩니다. 이런 일이 발생하면 새로운 단일 은하가 형성됩니다. 합병에 의해 형성 될 새로운 은하에는 때때로 Milkomeda라는 이름이 붙습니다. 자세한 내용은 이 주제에 대한 최근 블로그 게시물 을 참조하십시오 .

수십억 년 동안 Milkomeda는 점차 다른 지역 그룹 회원들을 흡수 할 것입니다.

일반적으로 다음과 같은 중력으로 구속 된 구조 : 성계 (예 : 태양계) 우리의 은하와 은하군과 은하계는 우주가 팽창함에 따라 더 커지지 않습니다)