Si el universo se está expandiendo, ¿cómo pueden chocar las galaxias?

Por la misma razón que las galaxias existen en primer lugar: interacción gravitacional mutua.

Considere el sistema solar, que es un sistema de masas unidas por la gravedad. La expansión del universo es insignificante en esta escala; Las masas del sol y los planetas, y su energía cinética, momento y momento angular mantienen el sistema atado.

Lo mismo se aplica a las galaxias que están ‘cercanas’ en términos intergalácticos. Las galaxias se atraen entre sí, y si las condiciones iniciales de un sistema de dos galaxias son correctas, colisionarán y se combinarán en un proceso que tomará eones.

Entonces, ¿dónde entra la expansión? En escalas cósmicas verdaderamente vastas. Cuando las galaxias están lo suficientemente separadas (o no lo suficientemente masivas), los efectos de la expansión abruman la atracción gravitacional regular.

Aquí hay un poco de matemática para aclarar un poco:

Considere que la parte espacial de la métrica para un universo en expansión es [matemáticas] a ^ 2 (t) dl ^ 2 [/ matemáticas] (vea las ecuaciones de Friedmann). Supongamos que dos galaxias comienzan una distancia [matemática] L = a (t) r [/ matemática] (comente si esto no tiene sentido) separadas (y supongamos, por el bien de este ejercicio, que no se mueven en relación con una otro que no sea la expansión. No es terrible tener en cuenta si lo son, pero no es vital para el punto que voy a hacer). En poco tiempo [math] dt ‘[/ math] en el futuro, las galaxias están separadas por una distancia [math] a (t + dt’) r [/ math]. Naturalmente, podemos hacer lo siguiente:

[matemáticas] \ frac {dL} {dt} = \ lim_ {dt ‘\ to 0} \ frac {a (t + dt’) ra (t) r} {dt ‘} = \ frac {da (t)} {dt} r [/ matemáticas]
[matemáticas] \ frac {dL} {dt} = v = \ frac {da (t)} {dt} r = \ dot {a} (t) r [/ math] (ley de Hubble)

Por lo tanto, el cambio en la distancia (es decir, la velocidad) entre dos galaxias debido a la expansión es [math] \ dot {a} (t) r [/ math].

Por lo tanto, la velocidad a la que las galaxias retroceden entre sí debido a la expansión depende de la distancia. Para las galaxias que están relativamente cerca, donde la velocidad debido a la expansión es menor, el movimiento local puede superar por completo cualquier velocidad causada por la expansión. Sin embargo, a grandes distancias, la expansión abruma cualquier otra interacción que las galaxias pudieran haber tenido.

El universo a gran escala se está expandiendo debido a la expansión del Hubble y al Big Bang original. Dark Energy está dando un estiramiento adicional y está acelerando la tasa de expansión, según las observaciones.

Sin embargo, localmente, encontramos que las galaxias tienen movimientos en relación entre sí. Esta es la gravedad que actúa en una escala mucho más pequeña.

Esto significa que en unos pocos miles de millones de años nuestra galaxia y Andrómeda pueden colisionar, como ya lo han hecho otras galaxias en el universo. Sin embargo, la probabilidad de que las estrellas en estas galaxias colisionen es muy pequeña.

En cualquier caso, el universo, a gran escala, siempre se está expandiendo a un ritmo acelerado a pesar del movimiento local de las galaxias relacionadas entre sí.

En otras palabras, las galaxias tienen velocidades en relación con las cercanas a ellas. Sin embargo, cuando observamos el “panorama general”, vemos una expansión general.

Tome mi respuesta con un grano de sal porque prometo una precisión mínima.

Mi suposición es que simplemente porque el universo se está expandiendo, el universo no necesariamente mueve los objetos dentro de sí mismo.
Las galaxias y las estrellas pueden estar expandiéndose en relación con el universo (imagine un globo en expansión) pero si hay algo actuando dentro del universo (globo), la flexión de la relatividad del espacio-tiempo, entonces los objetos dentro del globo se moverán. Una buena manera de pensar en eso en el mundo real sería si un globo tiene una densidad de aire no uniforme. Si una canica rodara por el interior del globo y se acercara a un parche más denso que el parche del que salía, sentiría una resistencia. Al salir de las áreas más densas, se empuja al área menos densa. Esa área menos densa sería un lugar más masivo.
Lo que esto significa es que todas las canicas dentro del globo quieren ir a lugares menos densos (objetos más masivos); por lo tanto, colisionarían. Las canicas son objetos como galaxias y estrellas y las áreas más densas son los objetos más densos. Eso podría incluir estrellas de neutrones, agujeros negros, objetos supermasivos de cualquier tipo, tirando cosas hacia sí mismas y tirando estas cosas desde diferentes puntos. Lo que significa que si dos estrellas comienzan desde diferentes puntos en el espacio, podrían chocar durante su trayectoria.
Espero que esto ayude a ilustrar la idea.

Otro pensó agregar alguna perspectiva a otras respuestas. La palabra “colisionar” tiene la connotación de que algo choca con otro. En este contexto, es importante recordar que el espacio contiene mucho espacio vacío. Incluso cuando miramos cosas que están juntas, hay mucho espacio vacío. Aquí está la tierra y la luna a escala …

Y lo sorprendente es que cada planeta de nuestro sistema solar podría encajar en ese espacio así …

Y Neptuno, el planeta más alejado ya que ya no contamos a Plutón, está a 2,794.4 millones de millas de distancia del sol. (La distancia de Plutón al sol es de 3.67 mil millones de millas, pero eso es un promedio ya que tiene una órbita elíptica).

Hay una gran demostración de la inmensidad del espacio que recomiendo encarecidamente, aunque requiere un poco de paciencia.

Si la luna fuera solo 1 píxel

Entonces, cuando discuten las galaxias que colisionan, lo que deben recordar es que están hablando de vastas áreas de espacio vacío que se cruzan con otras vastas áreas de espacio vacío, las cuales tienen pequeños pedazos flotando en ellas. Tal vez algo colisionará. Tal vez no. Como Douglas Adams escribió en la guía del autoestopista galáctico: “El espacio es grande. Realmente grande. Simplemente no vas a creer lo enorme, enorme y alucinantemente grande que es “.

Por 3 cosas:

• La tasa de expansión del universo no es muy grande (pero puede sumar mucho, para galaxias lejanas). Constante de Hubble: H0 = 67.15 ± 1.2 (km / s) / Mpc. Por cada millón de parsecs de distancia del observador, la tasa de expansión aumenta en aproximadamente 67 kilómetros por segundo. Un parsec equivale a unos 3,26 años luz (30 billones de km o 19 billones de millas) de longitud.
• Están lo suficientemente cerca (alrededor de 2.5 millones de años luz, que es menos de un Megaparsec), de modo que la tasa de expansión no superará la fuerza de la gravedad.
• Impulsados ​​por la gravedad, las dos galaxias todavía se están acercando entre sí a 402,000 kilómetros por hora (a pesar del espacio entre ellas en expansión).

Pero incluso a esa velocidad, no se encontrarán por otros cuatro mil millones de años. Así que no planees una fiesta, para cuando eso suceda 🙂

La expansión es a una escala mucho mayor, por lo que las cosas que están muy alejadas se están alejando cada vez más. Pero las cosas que están lo suficientemente juntas, o que se mueven entre sí lo suficientemente rápido, “vencerán” la expansión. Esto incluye las galaxias de Andrómeda y la Vía Láctea, creo que junto con otras galaxias pequeñas en nuestro grupo local (¿tal vez incluso todo el grupo local? No estoy seguro).

La expansión es a lo que nos referimos como energía oscura [corrección: como señala Alan en los comentarios, la energía oscura es solo un componente de la expansión que ha provocado que se acelere en los últimos miles de millones de años; el Big Bang mismo (y la inflación, suponiendo que la teoría inflacionaria sea correcta) fueron responsables de la mayor parte de la expansión, no de la energía oscura], y actualmente creemos que es una cantidad constante por volumen de espacio. Pero es muy débil. Es como si cada metro cúbico de espacio en todo el universo se estuviera expandiendo muy lentamente . Entonces, a grandes distancias, hay tantos metros cúbicos de espacio que la expansión lenta se suma y los puntos distantes se separan más.

Pero la materia que no está separada por distancias suficientemente grandes del espacio siente la fuerza de la gravedad (o tal vez más exactamente, la curvatura del espacio-tiempo) lo suficiente como para que se mueva hacia otra materia. Que es lo que están haciendo las galaxias.

Editar: puedes pensar en él como dos personas corriendo en cintas de correr, uno frente al otro; si corren más rápido que las cintas de correr, se acercarán entre sí; si corren más despacio que las cintas de correr, se separarán más.

Porque la fuerza que empuja al universo (energía oscura) es más débil que la gravedad que los une. Las galaxias que están lo suficientemente lejos una de la otra se expulsan más de lo que se sienten atraídas entre sí y no chocan. También depende de la masa general del universo, si colapsará nuevamente o no. El estado actual de las cosas es que se expandirá para siempre y terminará en una gran congelación.

(No es una gran estafa. Gracias a Daniel Spector señalando esto)

El universo se está expandiendo. Sin embargo, eso no significa que las galaxias se estén extendiendo o que no se puedan formar cúmulos locales.

Imagina una sala del tamaño de un estadio. Ahora imagina que arrojas una camioneta llena de canicas justo en el medio donde dibujaste una ‘X’ gigante roja. Las canicas se extenderán caóticamente a través de la habitación lejos de la X, expandiendo el universo. Pero no se mueven en una línea recta perfecta lejos de la X, por lo que se espera que aunque el universo se expanda de una manera bastante uniforme cuando se ve como un todo, localmente las cosas son más erráticas, las canicas no están espaciadas uniformemente . Algunos grupos de canicas viajarán como un racimo, algunas canicas serán solitarias y otras canicas chocarán.

Es el fin de semana y muchos se apresuran a salir de la ciudad. Lamentablemente, habrá accidentes de tráfico entre los que se extiendan. Diferentes rutas Diferentes velocidades. Direcciones diferentes. Mismo objetivo. (Dejaré abierto el tema de la conciencia galáctica y solo consideraré que la expansión no requiere un movimiento paralelo ordenado).

Por lo que yo entiendo, no hay tanta fuerza repulsiva que separe todo, sino más bien que el espacio que ocupamos se está expandiendo. Lo que es más importante es la velocidad relativa de los objetos en comparación con la distancia que están separados. Como todo nuestro espacio se está expandiendo, la velocidad a la que se separan dos puntos estacionarios es proporcional a la distancia entre ellos.

Entonces, si la velocidad relativa es lo suficientemente grande o la distancia entre los dos es lo suficientemente pequeña, entonces la colisión seguirá ocurriendo. Obviamente a escalas vemos cosas en la Tierra, realmente no tenemos que preocuparnos por esto. Si lanzo una pelota, sé que golpeará el suelo, no tengo que preocuparme de si golpeará el suelo o si la expansión del espacio lo hará volar para siempre.

Pero en la escala de las galaxias, esa es una pregunta válida. Se predice que la galaxia de Andrómeda llegará a la Vía Láctea eventualmente. Está a 2.5 millones de años luz de distancia. Sin embargo, el borde del universo observable está a 46,6 mil millones de años luz de distancia, por lo que la distancia entre las dos galaxias solo aumentaría en aproximadamente

“Seguramente”? Pero no.

Es precisamente su edad y tamaño, combinados con sus posiciones, lo que garantiza que permanezcan gravitacionalmente unidos.

La expansión general del universo se manifiesta solo a largas distancias. A distancias más cortas, la atracción gravitacional y las velocidades relativas locales pueden superarlo fácilmente.

Las galaxias no se alejan entre sí debido a la Energía Oscura. Se están alejando el uno del otro debido a la expansión universal que ha estado ocurriendo desde el Big Bang. Dark Energy solo está agregando un componente a la expansión que está causando que se acelere.

Sin embargo, la expansión solo ocurre a grandes escalas, más grandes que los cúmulos de galaxias. Dentro de nuestro sistema solar, galaxia y nuestro grupo local de galaxias, la gravitación ha superado la expansión y ahora están gravitacionalmente unidas. Las galaxias de la Vía Láctea y Andrómeda están en curso de colisión debido a la gravedad.

Primero, tenga en cuenta que la velocidad galáctica no es constante, por lo que todas las galaxias no viajan a la misma velocidad. A continuación, todas las galaxias están sujetas a atracción gravitacional entre galaxias cercanas. En algún momento distante, dentro de unos 4 mil millones de años a partir de ahora, no solo la Tierra ya no existirá, sino que la Vía Láctea y nuestra galaxia hermana Andrómeda colisionarán y se fusionarán con el tiempo en una súper galaxia.

Por la misma razón por la cual un objeto cae hacia la Tierra, o la Luna orbita alrededor de la Tierra o la Tierra orbita al Sol: porque la gravedad “localmente” puede ser más fuerte que la expansión espacial.

Las galaxias aún tienen su propio impulso, trayectoria y atracción gravitacional.

Alec Cawley está en lo correcto. Me gustaría agregar un aspecto adicional de la gravedad a esta pregunta. Las estrellas y galaxias iniciales fueron enormes y, por lo tanto, tuvieron vidas muy cortas, que terminaron en enormes explosiones. Estos crearon fuerzas “laterales”, introduciendo nuevos niveles de aleatoriedad para la próxima generación de estrellas y galaxias.

Hay dos posibles razones. Una es que la Vía Láctea y Andrómeda están girando, posiblemente alrededor de una galaxia más grande que las generó, y sus ejes de rotación parecen cruzarse. La otra es que Andrómeda es el producto de una fusión previa de galaxias, y ese evento puede haber cambiado la forma en que viaja para llevarlo a un curso de colisión con nosotros. Una de las dificultades para responder preguntas sobre el universo es que es necesario simplificar las cosas para explicarlas. Es cierto que las galaxias se están separando unas de otras en la vista de “panorama general”, pero también están girando, naciendo y muriendo, explotando, fusionándose y siendo expulsadas de sus órbitas para que, en lo que podríamos llamar el micro nivel no siempre se comportan exactamente como cabría esperar.

La materia generada por el Big Bang se dispersó al azar. Algunos lugares eran más densos que otros, algunos menos densos. A pequeña escala, los bits más densos contenían suficiente materia como para superar la expansión cosmológica. Esto fue cierto en muchas ventas, la escala del sistema solar, la escala de la galaxia, y también en la escala del Cúmulo Local de galaxias. En una escala lo suficientemente grande, la expansión cosmológica gana; pero a pequeña escala, gana la gravedad. Y el cambio es mayor que el Clúster local, posiblemente más grande que el Supercúmulo local.

Mientras que el espacio en general se está expandiendo, la materia en las regiones locales está gravitacionalmente unida, por lo que ambas galaxias se están expandiendo juntas en el espacio.

Piénselo como si nuestra luna estuviera gravitacionalmente unida a la tierra.

Si nuestro sistema solar se expandiera repentinamente al doble de su tamaño, nuestra luna permanecería en el mismo lugar, no estaría dos veces más lejos, porque tiene demasiada atracción gravitacional.