Den forventede sammensmeltning mellem Mælkevejen og Andromeda samt den videre skæbne for galakser i et ekspanderende univers
Alle galakser ændrer sig konstant over kosmisk tid: de vokser gennem sammensmeltninger, ændres gradvist af interne processer og nærmer sig uundgåeligt kollisioner med nabogalakser. Mælkevejen, hvor vi bor, er ingen undtagelse: den bevæger sig i Den Lokale Galaksegruppe (LG), og observationer viser, at den bevæger sig mod en kollision med sin største satellit – Andromedagalaksen (M31). Denne imponerende sammensmeltning, også kaldet "Milkomeda", vil fundamentalt ændre vores lokale kosmos om nogle milliarder år. Men selv efter denne begivenhed vil universets hurtige udvidelse bestemme en bredere historie om galakseisolering og endeligt skæbne. I denne artikel vil vi diskutere, hvorfor og hvordan Mælkevejen vil kollidere med Andromeda, de mulige konsekvenser af sammensmeltningen for begge galakser og den bredere langsigtede fremtid for galakser i et ekspanderende univers.
1. Den kommende sammensmeltning: Mælkevejen og Andromeda
1.1 Beviser for kollisionsbanen
Præcise målinger af Andromedas bevægelse i forhold til Mælkevejen viser, at den er i en tilstand af blåforskydning – den nærmer sig os med en hastighed på cirka 110 km/s. Tidlige radialhastighedsstudier indikerede en mulig fremtidig kollision, men Andromedas tværgående hastighed var længe uklar. Data fra Hubble-rumteleskopet og senere opdateringer (inklusive Gaia-observationer) har gjort det muligt at bestemme Andromedas egenbevægelse, hvilket bekræfter, at den om cirka 4–5 milliarder år forventes at kollidere med vores Mælkevej [1,2].
1.2 Konteksten for Den Lokale Galaksegruppe
Andromeda (M31) og Mælkevejen er de to største galakser i Den Lokale Galaksegruppe – en lille samling af galakser med en diameter på omkring 3 millioner lysår. Trekantsgalaksen (M33), som kredser tæt på Andromeda, kan også blive en del af den kommende kollision. Forskellige dværggalakser (f.eks. Magellanske Skyer, andre satellitter) placeret i udkanten af LG kan også opleve tidevandsforstyrrelser eller blive satellitter i det sammenflettede system.
1.3 Perioder og sammenstødsdynamik
Simulationer viser, at det første sammenstød mellem Andromeda og Mælkevejen vil ske om cirka 4–5 mia. år, muligvis med flere tætte passager før den endelige koalescens omkring 6–7 mia. år ude i fremtiden. Under disse nærmer sig:
- Tidvandskræfter vil strække diskstrukturen og kan skabe tidvandsstænger eller ringformede formationer.
- Stjernedannelse vil kortvarigt intensiveres i områder, hvor gasfelter overlapper.
- Fodring af det sorte hul kan forstærkes i kerneområderne, hvis gas strømmer mod centrum.
Til sidst forventes disse galakser at smelte sammen til en massiv elliptisk eller linseformet galakse kaldet "Milkomeda", hvor stjernerne fra begge spiraler vil fusionere [3].
2. Muligt resultat af "Milkomedas" sammensmeltning
2.1 Elliptisk eller massiv sfæroid rest
Hovedsammensmeltninger, især mellem to spiralgalakser af lignende masse, ødelægger normalt diskstrukturer og danner en trykstøttet sfæroid, karakteristisk for elliptiske galakser. "Milkomedas" endelige udseende vil sandsynligvis afhænge af:
- Orbiternes geometri – hvis interaktionen er centralt symmetrisk, kan der dannes en typisk elliptisk struktur.
- Tilbageværende gasmængde – hvis der stadig er ubrugt eller ublæst gas, kan der dannes en linseformet (S0) galakse med en svag disk- eller ringstruktur.
- Mørkt materie-halo – den samlede halo af Mælkevejen og Andromeda vil skabe det gravitationelle miljø, der bestemmer, hvordan stjernerne fordeles.
Modeller, der undersøger spiraler med store mængder gas, viser kraftige stjernedannelsesudbrud ved sammensmeltninger, men efter 4–5 mia. år vil Mælkevejens gasreserver være mere beskedne, så stjernedannelsen under sammensmeltningen kan være mindre intens end i det tidlige Univers [4].
2.2 Central SMJS-interaktion
Mælkevejens sorte hul (Sgr A*) og det større sorte hul i Andromeda kan med tiden smelte sammen under påvirkning af dynamisk friktion. I de sidste øjeblikke af sammensmeltningen kan der udsendes kraftige gravitationsbølger (dog ikke så intense på kosmologisk skala som i mere massive eller fjernere systemer). De sammensmeltede sorte huller vil forblive i centrum af den nye elliptiske galakse og kan muligvis i en periode udsende som AGN, hvis der er tilstrækkeligt med gas.
2.3 Solsystemets skæbne
Under sammensmeltningen vil Solens alder være omtrent den samme som nu – Universet, der nærmer sig slutningen af den sene brintforbrændingsfase. Solens lysstyrke vil stige og gøre Jorden ugunstig for liv, på trods af den galaktiske kollision. Dynamisk vil solsystemet sandsynligvis forblive i kredsløb omkring det nye galaktiske centrum (eller fortsat i udkanten af haloen), men det er usandsynligt, at det bliver slynget ud eller opslugt af et sort hul [5].
3. Andre galakser i Den Lokale Gruppe og udviklingen af dværgsatellitter
3.1 Trekantsgalaksen (M33)
M33, den tredje største spiralgalakse i VG, kredser om Andromeda og kunne blive en del af "Milkomedas" proces. Afhængigt af banen kan M33 enten smelte sammen med det sammensmeltede Andromeda-Mælkevejen-system senere eller blive ødelagt af tidevandskræfter. Denne galakse har en del gas, så dens endelige sammenføjning kunne forårsage en senere stigning i stjernedannelse i det samlede system.
3.2 Interaktioner mellem dværgsatellitter
VG har dusinvis af dværggalakser (f.eks. Magellanske skyer, Pilens dværg m.fl.). Nogle af dem kan blive ødelagt eller indlemmet i "Milkomedas" masse ved kommende sammenføjelser. Over milliarder af år kan mange små sammenføjelser yderligere forstærke stjernehallen og gøre det endelige system mere kompakt. Således fortsætter den hierarkiske interaktion også efter hovedspiralernes sammensmeltning.
4. Universets videre udvidelseskontekst
4.1 Accelererende udvidelse og galaktisk adskillelse
Efter "Milkomedas" dannelse betyder Universets hurtige udvidelse, drevet af mørk energi, at galakser, som ikke er gravitationelt bundet, fjerner sig og til sidst ikke længere kan have kausale forbindelser med hinanden. Efter titusinder af milliarder år vil kun Den Lokale Gruppe (eller dens rester) forblive gravitationelt forbundet, mens alle fjernere klynge-strukturer vil fjerne sig hurtigere, end lyset kan nå at forbinde dem. Til sidst vil "Milkomeda" og dens satellitter blive til "ø-universet", adskilt fra andre klynger [6].
4.2 Udslukning af stjernedannelse
Efterhånden som kosmisk tid skrider frem, vil gasressourcerne aftage. Sammenføjelser og feedback kan opvarme eller fjerne den resterende gas, og mængden af nytilstrømmende gas fra kosmiske filamenter mindskes i den sene epoke. Efter hundredvis af milliarder år vil stjernedannelse næsten ophøre og efterlade hovedsageligt gamle røde kæmpestjerner. Den endelige elliptiske galakse vil blive svag, domineret af matte røde stjerner, hvide dværge, neutronstjerner og sorte huller.
4.3 Dominans af sorte huller og rester
Efter billioner af år kan mange stjerner, påvirket af gravitationelle interaktioner, blive slynget ud af Milkomedas halo. Imens vil SMJS forblive i galaksens kerne. Til sidst kan sorte huller være de eneste væsentlige masseansamlinger i denne dystre kosmiske baggrund. Hawkings stråling kunne over utroligt lange perioder fordampe selv sorte huller, men det ligger langt uden for de sædvanlige astrofysiske epoker [9, 10].
5. Observationer og teoretiske analyseresultater
5.1 Overvågning af Andromedas bevægelse
Hablo kosmiske teleskop målte detaljeret Andromedas hastigheder og bekræftede kollisionsbanen med en lille sidelæns komponent. Yderligere data fra Gaia præciserer endnu mere Andromedas og M33's baner, hvilket gør det muligt bedre at fastlægge nærmegeometrien [7]. Fremtidige kosmiske astrometriske missioner kan fastlægge det første kollisionsøjeblik endnu mere præcist.
5.2 N-legeme simuleringer af det Lokale Gruppe
Modeller udviklet ved NASA Goddard Space Flight Center og andre steder viser, at det første sammenstød starter om cirka 4–5 mia. år, hvorefter M31 og Mælkevejen kan passere tæt forbi hinanden flere gange. Til sidst smelter de sammen over flere hundrede millioner år og danner en enorm elliptisk-lignende galakse. Simulationerne undersøger også M33's deltagelse, efterladte tidevandsstænger og kerne-stjernedannelsesudbrud [8].
5.3 Skæbnen for fjerne hobe uden for det Lokale Gruppe
På grund af kosmisk acceleration adskilles fjernere hobe fra os – over tid vil de overskride vores synsgrænser. Observationer af supernovaer med høje rødforskydninger viser, at mørk energi dominerer universets udvidelse, så galaksenettet på større skala vil bryde op i isolerede "øer". Så selvom galakser lokalt kan smelte sammen, bevæger den bredere kosmiske struktur sig væk og svækkes i vores udsyn.
6. Den fjerne kosmiske fremtid
6.1 "Degenerationsæraen" i universet
Efter at stjernedannelsen er opbrugt, går galakserne (eller sammensmeltede systemer) gradvist ind i "degenerationsæraen", hvor hovedkilden til populationsmassen er stjerners rester (hvide dværge, neutronstjerner, sorte huller). Tilfældige sammenstød mellem brune dværge eller stjernedebris kan lejlighedsvis genoplive stjernedannelse, men i gennemsnit bliver universet betydeligt svagere.
6.2 Den endelige dominans af sorte huller
Efter hundredtusinder af billioner år kan gravitationelle interaktioner kaste mange stjerner ud af galaksens halo, mens de største sorte huller forbliver i centrene. Til sidst kan de være den eneste væsentlige massebeholder i det ensomme kosmos. Hawking-stråling kan over ufatteligt lange tider endda fordampe disse sorte huller, selvom det langt overstiger normale astrofysiske epoker [9, 10].
6.3 Det Lokale Gruppes arv
I "Den Mørke Tidsalder" vil Milkomeda sandsynligvis være den eneste massive elliptiske struktur, der indeholder rester af stjerner fra Mælkevejen, Andromeda, M33 og dværggalakser. Hvis fjernere galakser/hobe bevæger sig uden for vores kosmologiske synshorisont, vil denne sammensmeltede ø lokalt forblive, langsomt synkende ind i kosmisk mørke.
7. Konklusioner
Den Mælkevej og Andromeda nærmer sig uundgåeligt galaktisk sammensmeltning – et fænomen, der vil forårsage en enorm forandring i det Lokale Gruppes centrum. Omtrent om 4–5 mia. år vil disse to spiralgalakser begynde at interagere med tidevandsforstyrrelser, stjernedannelsesudbrud og bølger af 'fodring' af sorte huller, indtil de til sidst smelter sammen til en massiv elliptisk – 'Milkomeda'. Mindre galakser som M33 kan blive en del af denne sammenslutning, mens dværgsatellitter vil blive tidevandsforstyrret eller integreret.
Når man ser længere frem, vil universets udvidelse adskille denne nye struktur fra de øvrige strukturer og indkapsle den i ensomhed, hvor stjernedannelsen til sidst ophører. Efter titusinder eller hundreder af milliarder år vil kun aldrende stjerner være tilbage, indtil sorte huller og stjernerester til sidst dominerer. Men i de næste få milliarder år vil vores kosmiske hjørne forblive ret livligt, og den kommende kollision med Andromeda vil blive det sidste storslåede galaktiske samlingsarrangement i Lokalgruppen.
Links og yderligere læsning
- van der Marel, R. P., et al. (2012). “M31's hastighedsvektor. III. Fremtidig baneudvikling for Mælkevejen–M31–M33, sammensmeltning og solens skæbne.” The Astrophysical Journal, 753, 9.
- van der Marel, R. P., & Guhathakurta, P. (2008). “M31's tværgående hastighed og Lokalgruppens masse fra satellitkinematik.” The Astrophysical Journal, 678, 187–199.
- Cox, T. J., & Loeb, A. (2008). “Kollisionen mellem Mælkevejen og Andromeda.” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 386, 461–474.
- Hopkins, P. F., et al. (2008). “En samlet, sammensmeltning-drevet model for oprindelsen af stjernedannelser, kvasarer og sfæroider.” The Astrophysical Journal Supplement Series, 175, 356–389.
- Sackmann, I.-J., & Boothroyd, A. I. (2003). “Vores Sol. III. Nutid og fremtid.” The Astrophysical Journal, 583, 1024–1039.
- Riess, A. G., et al. (1998). “Observationsbeviser fra supernovaer for et accelererende univers og en kosmologisk konstant.” The Astronomical Journal, 116, 1009–1038.
- Gaia Collaboration (2018). “Gaia Data Release 2. Observational Hertzsprung–Russell diagrams.” Astronomy & Astrophysics, 616, A1.
- Kallivayalil, N., et al. (2013). “Tredje-epoke Magellanske Skyers egenbevægelser. III. Kinematisk historie for de Magellanske Skyer og skæbnen for den Magellanske Strøm.” The Astrophysical Journal, 764, 161.
- Adams, F. C., & Laughlin, G. (1997). “Et døende univers: Den langsigtede skæbne og udvikling af astrofysiske objekter.” Reviews of Modern Physics, 69, 337–372.
- Hawking, S. W. (1975). “Partikelskabelse ved sorte huller.” Communications in Mathematical Physics, 43, 199–220.