Wie trennten sich die Milchstraße und die Andromeda-Galaxie, bevor sie ihren Kollisionskurs begannen?

Ich dachte, es wäre eine lustige Frage, ich habe darüber nachgedacht. Laienversion, daher sind Korrekturen willkommen.

Das sehr frühe Universum, die ersten paar Sekunden oder so war es ziemlich dicht. Dies ist ziemlich gut bekannt und die Einzelheiten und Details spielen für diese Frage keine Rolle, aber die Energie und das Zeug im frühen Universum, das später die Milchstraße bildete, und die Energie und das Zeug, die Andromeda bildeten, waren kosmische Nachbarn und im ersten Sekunden des Universums, ganz nah beieinander. Die grundlegende Hubble-Regel besagt, dass Dinge, die (in kosmologischer Hinsicht) nah sind, immer nah waren, wie die Punkte auf einem Ballon, der gesprengt wird. Alles entfernt sich von allem anderen, aber Dinge, die nebeneinander waren, waren immer nebeneinander. Auf kleineren Skalen, wie Sternen in Galaxien oder Planeten, gilt dies aufgrund von Gravitationshilfen und unterschiedlichen Umlaufbahnen nicht, aber es gilt für Galaxien. (hier könnte es eine kleine Variation geben mit "

Ein weiterer wichtiger Punkt, den man über das frühe Universum anmerken sollte, ist, dass es viel einheitlicher war, sodass die Schwerkraft aufgrund der Einheitlichkeit in alle Richtungen nahezu gleichmäßig zog. Die etwas massiveren Materie- und Energiewolken in der Nähe dominierten gravitativ nicht, da in allen Richtungen eine ähnliche Masse vorhanden war. Man könnte meinen, dass ein dichteres Universum eine stärkere Schwerkraft in Richtung naher Materie bedeutet, aber das passiert nicht, wenn die Materie gleichmäßig genug in alle Richtungen verteilt ist.

Im Allgemeinen begannen also im sehr jungen Universum das Zeug, das zur Milchstraße wurde, und das Zeug, das zu Andromeda wurde, viel näher beieinander, aber sie zogen sich wegen der Einheitlichkeit nicht sehr früh aneinander.

Im Laufe der Zeit überwand die lokale Schwerkraft die Gleichförmigkeit. Ich kann Ihnen nicht sagen, wann das passiert ist (vielleicht kann es jemand hier), aber es dauerte einige Zeit, bis sich die Voraussetzungen für galaktische Gruppen und Haufen zu bilden begannen. Aus der Hintergrundstrahlungskarte wissen wir, dass das Universum noch 380.000 Jahre nach dem Urknall noch recht einheitlich war. Siehe Bild:

(Änderung wegen Korrektur). Und bei 380.000 Jahren wird angenommen, dass das bekannte Universum etwa 1/1100 seines aktuellen Radius hat. Wir wissen aus der kosmischen Hintergrundstrahlung, dass das Universum zu dieser Zeit noch weitgehend einheitlich war, obwohl die Ungleichmäßigkeit zur Bildung von Galaxien, Haufen und Superhaufen führte, also war es wichtig, aber es dauerte noch einige Zeit, bis es lokal war Gruppen und Galaxienhaufen zu bilden.

Siehe hier .

Auf dieser Karte sind die heißen Regionen, die in Rot dargestellt sind, 0,0002 Kelvin heißer als die kalten Regionen, die in Blau dargestellt sind.

und

Es wird angenommen, dass diese kosmischen Mikrowellen-Temperaturschwankungen Schwankungen in der Materiedichte im frühen Universum nachzeichnen, wie sie kurz nach dem Urknall eingeprägt wurden. Aus diesem Grund enthüllen sie viel über das frühe Universum und den Ursprung von Galaxien und großräumigen Strukturen im Universum.

Aber sobald die lokale Schwerkraft die Gleichförmigkeit überholt hat, können Galaxien beginnen, sich gegenseitig effizienter zusammenzuziehen. Das Spinnennetzmuster von Galaxien zeigt, dass dies tendenziell geschieht, da Galaxien andere Galaxien an sich ziehen, selbst wenn sich der Weltraum ausdehnt, sodass Sie Linien dichterer Regionen mit mehr Galaxien und Taschen mit leerem Raum erhalten, die meistens frei von Galaxien sind .

Quelle des Bildes zum Weiterlesen .

Was also im Grunde mit Andromeda und der Milchstraße passiert ist, ist, dass die Kombination aus Expansion und Uniformität sie ziemlich weit voneinander entfernt hat, selbst als sie sich noch bildeten, aber sie waren immer noch Nachbarn von nebenan, was die Galaxien angeht.

Sowohl die Milchstraße als auch Andromeda haben kleinere, näher liegende Zwerggalaxien absorbiert, vielleicht viele Male, also waren sie nicht die nächsten 2, aber sie waren die nächsten 2 Nicht-Zwerggalaxien (zumindest die uns bekannten).

Sie könnten denken, dass Galaxien andere Galaxien umkreisen könnten, aber die Natur der Hubble-Expansion verleiht Galaxien keine große Tangentialgeschwindigkeit zu anderen nahe gelegenen Galaxien, also bewegen sich im Grunde zwei Galaxien entweder aufgrund der gegenseitigen Schwerkraft aufeinander zu oder aufgrund der gegenseitigen Schwerkraft voneinander weg Raum zu erweitern. Jetzt können sie in einem System aus 3 oder mehr Galaxien mit ähnlichen Massen eine gewisse Tangentialgeschwindigkeit erreichen, aber im Allgemeinen ist die Richtung zwischen zwei großen Galaxien meistens entweder zu oder weg, keine Umlaufbahn.

Eine andere Sache, die man im Hinterkopf behalten sollte, wenn der Uniformitätseffekt durch die lokale Gravitation lokaler Gruppen oder Cluster überholt wird, ist, dass massive Objekte in diesen Entfernungen nicht gerade schnell aneinander ziehen. Es dauert lange, bis sich die allmähliche Beschleunigung in eine relevante Geschwindigkeit umwandelt.

Bei unserer aktuellen Entfernung von Andromeda (ca. 2,5 Millionen Lichtjahre) und seiner aktuellen Masse (ca. 1,5 Billionen Sonnenmassen) ist es G-Kraft auf uns, unter Verwendung der folgenden Formel (Mathematik kann bei Bedarf hinzugefügt werden):

beträgt etwa 1/2,8 Billionstel Meter pro Quadratsekunde. Das ist weniger als 1/20.000 der Anziehungskraft, die Pluto auf die Erde hat. Eine so kleine Anziehungskraft wird die Dinge extrem langsam aufeinander zu beschleunigen, so dass (glaube ich) in den ersten Milliarden oder wenigen Milliarden Jahren die Ausdehnung des Raums zwischen der Milchstraße und Andromeda wahrscheinlich jede durch Gravitation verursachte Geschwindigkeit zwischen ihnen überschritten hat.

Die gute Nachricht ist, dass Andromeda und die Milchstraße lange Zeit hatten, aneinander zu ziehen. Ungefähr 13 Milliarden Jahre oder so. 1/2,8 Billionen m/s^2 über eine Milliarde Jahre ergibt etwa 11 km/s. Über 13 Milliarden Jahre, 143 km/s. Und die tatsächliche Geschwindigkeit, mit der sich die Milchstraße in Richtung Andromeda bewegt, ist nicht allzu weit davon entfernt, etwa 110 km/s. Genau das gibt uns eine ungefähre Netwonian-Schätzung dafür, wie weit sie voneinander entfernt waren, als sie anfingen. (Nun, Fußnote, für Objekte mit ähnlicher Masse müssen Sie die Masse von beiden nehmen, nicht nur die der größeren, also liegt sie näher bei 15 oder 16 km/s pro Milliarde Jahre), aber das ändert sich nicht die Gesamtzahlen zu viel.

Die Expansion der Dunklen Energie (die derzeit zwischen der Milchstraße und Andromeda etwa 60 km/s beträgt), und das macht die Berechnungen etwas kniffliger, zumal die Expansion der Dunklen Energie in den letzten 13 Milliarden Jahren möglicherweise nicht konstant war. Verwandter Artikel hier .

Bei der aktuellen Geschwindigkeit bewegen sie sich zusammen, etwa 110 km/s oder 250.000 mph oder 1/2.680 c. In einer Milliarde Jahren bei der aktuellen Geschwindigkeit wird Andromeda 375.000 Lichtjahre näher sein (und in Wirklichkeit ein bisschen mehr als es sein wird). durch die gegenseitige Schwerkraft weiter beschleunigen und die Ausdehnung der Dunklen Energie wird reduziert, wenn sie näher kommen).

Und wenn wir rückwärts arbeiten, war es vor einer Milliarde Jahren etwas weniger als 375.000 Lichtjahre weiter entfernt als seine aktuelle Entfernung von 2,5 Millionen Lichtjahren, mit abnehmenden Entfernungen weiter entfernt in früheren Milliarden-Jahres-Intervallen. Je weiter man zurückgeht, und Schwierigkeiten zu wissen, wie nahe sie waren, als die lokale Schwerkraft zu einem Schlüsselfaktor für die Gleichmäßigkeit wurde, macht Schätzungen ziemlich schwierig, aber sie waren wahrscheinlich nie zu viel weiter voneinander entfernt als jetzt. Vielleicht doppelt, als sehr grobe Schätzung. Da die Gravitationsbeschleunigung im Quadrat der Entfernung abfällt, fällt es mir schwer zu glauben, dass Andromeda jemals mehr als doppelt so weit entfernt war wie jetzt.

Ich würde mir vorstellen, basierend auf meinen obigen Annahmen, dass sich Andromeda und die Milchstraße zu dem Zeitpunkt, als die Galaxien als Galaxien erkennbar waren, sagen wir, als das Universum eine Milliarde oder 2 Milliarden Jahre alt war (mehr oder weniger), wahrscheinlich entfernten zunächst gegenseitig, aber im Laufe der Zeit konnte die Anziehungskraft der Schwerkraft die Ausdehnung des Raums überwinden.

Die kurze Antwort lautet:

Inflation

Die beiden Galaxien bildeten sich fast eine Milliarde Jahre nach dem Urknall in großer Entfernung voneinander. Sie sind sich heute so nah wie nie zuvor.

Die meisten Menschen unterstrichen die Rolle, die die Expansion des Universums spielt, aber diese Expansion „drückt“ Andromeda nicht wirklich weg, sie ändert nur die Frequenz des von Andromeda emittierten Lichts, so dass wir eine Geschwindigkeit assoziieren können, die die gleichen Doppler-Effekt (wenn ein Objekt eine Welle aussendet, wie ein Feuerwehrauto, und wegfährt, hat die empfangene Welle eine niedrigere Frequenz als die ausgesandte).

Die richtigere Antwort wäre, dass die beiden Galaxien das Ergebnis einer langen Akkretion (von Gas) und einer Verschmelzungsgeschichte (mit einer anderen jetzt verschwundenen kleineren Galaxie) sind. Jedes dieser Ereignisse veränderte die Geschwindigkeit von Andromeda und der Milchstraße relativ zu einem Ruhesystem, so dass die heutige Geschwindigkeit das Ergebnis dieser zahlreichen Wechselwirkungen, der gegenseitigen Anziehungskraft sowie des von den Lokalen erzeugten Gravitationspotentials ist Gruppe (die Gruppe von Galaxien, zu der die Milchstraße und Andromeda gehören, die beispielsweise die Große Magellansche Wolke enthält).

Wenn Sie sich veranschaulichen lassen möchten, wie die Entstehung einer Galaxie aussieht, können Sie sich eine Simulation wie die Horizon-AGN-Simulation ansehen. Es gibt ein Video (hier: http://www.horizon-simulation.org/movies/horizon-AGN_denseproj.avi ), in dem Sie sehen können, wie sich Galaxien in einem kosmologischen Rahmen bilden. Im Film ist jeder helle Punkt eine entstehende Galaxie. Sie können viele sehr komplizierte Wechselwirkungen sehen, so dass sich zwei Galaxien, die heute nahe beieinander liegen, möglicherweise sehr weit entfernt gebildet haben und in die Nähe gebracht wurden.

Da wir uns im Fall unserer beiden Galaxien in einer Gruppe von Galaxien befinden, können Sie davon ausgehen, dass die ursprünglichen Standorte unserer beiden Galaxien im Vergleich zu heute tatsächlich sehr unterschiedlich waren. Der Grund dafür ist, dass in der Vergangenheit, wie von userLTK sehr richtig erklärt, die Entfernungen kleiner waren, sodass die Anziehungskraft von Objekten (im Durchschnitt auf die lokale Gruppe) stärker war als heute. Daher hatte die Wechselwirkung der Materie, die jetzt die Galaxiengruppe bildet, in der MW und Andromeda lagen, irgendwie stärkere Gravitationswechselwirkungen, so dass die relative Geschwindigkeit höher war. Aus diesem Grund reisen unsere beiden Galaxien seit 14 Gyr von einem entfernten Ort zu ihrem aktuellen Ort, wo sie zufällig aufeinander zulaufen.