Linnuteen ja Andromedan ennustettu yhdistyminen sekä galaksien tulevaisuus laajenevassa maailmankaikkeudessa
Kaikki galaksit muuttuvat jatkuvasti kosmisessa ajassa: ne kasvavat yhdistymisten kautta, muuttuvat vähitellen sisäisten prosessien vaikutuksesta ja joskus väistämättä lähestyvät törmäyksiä naapurigalaksien kanssa. Linnutee, jossa asumme, ei ole poikkeus: se liikkuu Paikallisen Galaksiryhmän (PG) ympäristössä, ja havainnot osoittavat, että se on matkalla törmäykseen suurimman satelliittinsa – Andromedan galaksin (M31) kanssa. Tämä vaikuttava yhdistyminen, jota kutsutaan myös "Milkomedaksi", muuttaa olennaisesti paikallista kosmostamme muutaman miljardin vuoden kuluttua. Kuitenkin tämän tapahtuman jälkeenkin nopea maailmankaikkeuden laajeneminen määrää galaksien eristäytymisen ja lopullisen kohtalon laajemman historian. Tässä artikkelissa käsittelemme, miksi ja miten Linnutee törmää Andromedaan, mahdollisia yhdistymisen seurauksia molemmille galakseille sekä laajempaa pitkän aikavälin galaksien tulevaisuutta laajenevassa maailmankaikkeudessa.
1. Tuleva yhdistyminen: Linnutee ja Andromeda
1.1 Todisteet törmäysradasta
Tarkat Andromedan liikkeen mittaukset verrattuna Linnuteeseen osoittavat, että se on sinisiirtymässä – lähestyy meitä noin 110 km/s nopeudella. Varhaiset radiaalinopeustutkimukset viittasivat mahdolliseen tulevaan törmäykseen, mutta Andromedan poikittaisnopeus oli pitkään epäselvä. Hubble-avaruusteleskoopin tiedot ja myöhemmät tarkennukset (mukaan lukien Gaia-havainnot) mahdollistivat Andromedan oman liikkeen määrittämisen, vahvistaen, että noin 4–5 miljardin vuoden kuluttua sen odotetaan törmäävän Linnuteehen [1,2].
1.2 Paikallisen Galaksiryhmän konteksti
Andromeda (M31) ja Linnutee ovat kaksi suurinta galaksia Paikallisessa Galaksiryhmässä – pienessä galaksijoukossa, jonka halkaisija on noin 3 miljoonaa valovuotta. Kolmion galaksi (M33), joka kiertää lähellä Andromedaa, voidaan myös sisällyttää tulevaan törmäykseen. Erilaiset kääpiögalaksit (esim. Magellanin Pilvet, muut kaksoiset) sijaitsevat PG:n reuna-alueilla ja voivat myös kokea vuorovesihäiriöitä tai tulla sulautuneen järjestelmän satelliiteiksi.
1.3 Ajanjaksot ja törmäyksen dynamiikka
Simulaatiot osoittavat, että ensimmäinen Andromedan ja Linnunradan törmäys tapahtuu noin 4–5 miljardin vuoden kuluttua, mahdollisesti useilla läheisillä ohituksilla ennen lopullista koalesenssia noin 6–7 miljardin vuoden päästä. Näiden lähentymisten aikana:
- Tulvavoimat venyttävät kiekko-rakennetta, voivat muodostaa tulvahyhmiä tai rengasrakenteita.
- Tähtienmuodostus voimistuu hetkellisesti alueilla, joissa kaasupilvet päällekkäin.
- Mustan aukon "ruokinta" voi voimistua ytimissä, jos kaasu virtaa keskustaan.
Lopulta tämän galaksin odotetaan yhdistyvän massiiviseksi elliptiseksi tai linssegalaksiksi, nimeltään "Milkomeda", jossa molempien spiraalien tähdet sulautuvat [3].
2. Mahdollinen "Milkomedan" yhdistymisen tulos
2.1 Elliptinen tai massiivinen sferoidijäännös
Pääasialliset yhdistymiset, erityisesti kahden samanmassaisen spiraalin, yleensä tuhoavat kiekko-rakenteet ja muodostavat paineen tukeman sferoidin, joka on tyypillinen elliptisille galakseille. "Milkomedan" lopullinen ulkonäkö riippuu todennäköisesti seuraavista tekijöistä:
- Ratojen geometria – jos vuorovaikutus on keskusymmetrinen, voi muodostua tyypillinen elliptinen rakenne.
- Jäljellä oleva kaasumäärä – jos vielä on käyttämättömiä tai purkautumattomia kaasuja, voi muodostua linssegalaksi (S0) vähäisellä kiekko- tai rengasrakenteella.
- Pimeän aineen halo – yhteinen Linnunradan ja Andromedan halo muodostaa gravitaatioympäristön, joka määrää, miten tähdet jakautuvat.
Mallinnukset, jotka tutkivat suuria kaasumääriä sisältäviä spiraaleja, osoittavat voimakkaita tähtienmuodostuksen purkauksia yhdistymisissä, mutta 4–5 miljardin vuoden kuluttua Linnunradan kaasureservit ovat niukempia, joten yhdistymisen aikana tähtienmuodostus voi olla vähemmän intensiivistä kuin varhaisessa Universumissa [4].
2.2 Keskus SMJS -vuorovaikutus
Linnunradan musta aukko (Sgr A*) ja suurempi Andromedan aukko voivat lopulta yhdistyä dynaamisen kitkan vaikutuksesta. Yhdistymisen viimeisinä hetkinä voi vapautua voimakkaita gravitaatioaaltoja (vaikka kosmologisessa mittakaavassa ei yhtä voimakkaita kuin massiivisemmissa tai kaukaisemmissa järjestelmissä). Yhdistyneet mustat aukot jäävät uuden elliptisen galaksin keskukseen, mahdollisesti säteillen AGN:nä jonkin aikaa, jos kaasua on riittävästi.
2.3 Aurinkokunnan kohtalo
Susijungamisen aikana Saulei on suunnilleen yhtä vanha kuin nyt – Universumille, lähestyttäessä myöhäisen vedyn palamisen loppua. Auringon kirkkaus kasvaa, tehden Maasta elinkelvottoman, galaktisesta törmäyksestä huolimatta. Dynaamisesti Aurinkokunta todennäköisesti jää kiertämään uuden galaksin keskustaa (tai jatkaa halon reunalla), mutta on epätodennäköistä, että se heitettäisiin ulos tai imeytyisi mustaan aukkoon [5].
3. Muiden Paikallisen Ryhmän galaksien ja kääpiösatelliittien kehitys
3.1 Kolmion galaksi (M33)
M33, VG:n kolmanneksi suurin spiraaligalaksi, kiertää Andromedaa ja voisi liittyä Milkomedan prosessiin. Radasta riippuen M33 voi yhdistyä myöhemmin Andromedan ja Linnunradan yhdistyneeseen järjestelmään tai hajota vuorovesivoimien vaikutuksesta. Tässä galaksissa on melko paljon kaasua, joten sen lopullinen yhdistyminen voisi aiheuttaa myöhemmän tähtienmuodostuksen lisääntymisen yhteisessä järjestelmässä.
3.2 Kääpiösatelliittien vuorovaikutukset
VG:llä on kymmeniä kääpiögalakseja (esim. Magellanin pilvet, Nuolen kääpiö jne.). Jotkut niistä voivat tulevien yhdistymisten aikana hajota tai liittyä Milkomedan massaan. Miljardien vuosien aikana lukuisat pienet yhdistymiset voivat edelleen kasvattaa tähtihaloa, tiivistäen lopullista järjestelmää. Näin hierarkkinen vuorovaikutus jatkuu myös pääspiralikoalesenssin jälkeen.
4. Universumin laajenemisen jatkokonteksti
4.1 Laajenemisen kiihtyminen ja galaktinen eriytyminen
Milkomedan muodostumisen jälkeen Universumin nopea laajeneminen, jota ajaa pimeä energia, tarkoittaa, että galaksit, jotka eivät ole gravitaatiollisesti sidottuja, loittonevat ja lopulta niiden kanssa ei ole mahdollista muodostaa kausaalista yhteyttä. Kymmenien miljardien vuosien kuluttua vain Paikallinen Ryhmä (tai sen jäänne) pysyy gravitaatiollisesti sidottuna, ja kaikki kauemmat tähtijoukot loittonevat nopeammin kuin valo ehtii yhdistää ne. Lopulta Milkomeda ja sen satelliitit muodostavat "saariuniversumin", joka on erillään muista tähtijoukoista [6].
4.2 Tähtienmuodostuksen ehtyminen
Kosmisen ajan kuluessa kaasun varannot vähenevät. Yhdistymiset ja palautteet voivat kuumentaa tai poistaa jäljellä olevan kaasun, ja uusien virtaavien kaasujen määrä, joka saadaan kosmisista säikeistä, vähenee myöhäisessä aikakaudessa. Satojen miljardien vuosien kuluttua tähtien muodostus lähes pysähtyy, jättäen pääasiassa vanhoja punaisia tähtiä. Lopullinen elliptinen galaksi himmenee, ja siinä hallitsevat vain himmeät punaiset tähdet, valkoiset kääpiöt, neutronitähdet ja mustat aukot.
4.3 Mustien aukkojen ja jäänteiden hallitsevuus
Biljoonien vuosien kuluttua monet tähdet voivat gravitaatiovuorovaikutusten vaikutuksesta sinkoutua Milkomedan halosta. Sillä välin SMJS säilyy galaksin ytimessä. Lopulta mustat aukot voivat olla ainoat merkittävät massakeskittymät tässä autiossa kosmisessa taustassa. Hawkingin säteily voisi uskomattoman pitkien aikajaksojen aikana haihduttaa jopa mustat aukot, mutta se tapahtuu kaukana tavallisista astrofysikaalisista aikakausista [9, 10].
5. Havainnot ja teoreettisen analyysin näkemykset
5.1 Andromedan liikkeen seuranta
Hablo kosminen teleskooppi mittasi tarkasti Andromedan nopeudet, vahvistaen törmäysradan pienen sivukomponentin kanssa. Lisätiedot Gaia -lähteestä tarkentavat entisestään Andromedan ja M33:n ratoja, mahdollistaen lähestymisen geometrian paremman määrittämisen [7]. Tulevat avaruusastrometriset missiot voivat määrittää ensimmäisen törmäysajan vielä tarkemmin.
5.2 N-kehon Paikallisryhmän simulaatiot
NASA Goddardin avaruuskeskuksessa ja muualla luodut mallit osoittavat, että ensimmäinen törmäys alkaa noin 4–5 miljardin vuoden kuluttua, jonka jälkeen M31 ja Linnunrata voivat useita kertoja ohittaa toisensa läheltä. Lopulta ne yhdistyvät muutaman sadan miljoonan vuoden aikana muodostaen jättimäisen elliptisen galaksin kaltaisen rakenteen. Simulaatiot tutkivat myös M33:n osallistumista, jäljelle jääneitä vuorovesihäntiä ja ydinalueen tähtienmuodostuksen purkauksia [8].
5.3 Kaukaisten klustereiden kohtalo Paikallisryhmän ulkopuolella
Kosmisen kiihtyvyyden vuoksi kaukaisemmat klusterit irtoavat meistä – ajan myötä ne ylittävät näkyvyytemme rajat. Korkean punasiirtymän supernovien havainnot osoittavat, että pimeä energia hallitsee universumin laajenemista, joten galaksiverkosto jakautuu laajemmassa mittakaavassa eristyneiksi "saariksi". Näin ollen, vaikka paikallisella tasolla galaksit yhdistyisivät, laajempi kosminen rakenne etääntyy ja heikkenee näkökentässämme.
6. Kaukaisen kosmisen tulevaisuuden aikakausi
6.1 "Degeneratiivinen" universumin aikakausi
Kun tähtienmuodostus ehtyy, galaksit (tai yhdistyneet järjestelmät) siirtyvät vähitellen "degeneratiiviseen aikakauteen", jossa populaation massan pääasiallinen lähde on tähtijäänteet (valkoiset kääpiöt, neutronitähdet, mustat aukot). Satunnaiset ruskeiden kääpiöiden tai tähtijäänteiden törmäykset voivat ajoittain elvyttää tähtienmuodostusta, mutta keskimäärin universumi himmenee merkittävästi.
6.2 Mustien aukkojen lopullinen hallinta
Satojen biljoonien vuosien kuluttua gravitaatiovuorovaikutukset voivat sinkauttaa monia tähtiä galaksin halosta, kun taas suurimmat mustat aukot säilyvät keskuksissa. Lopulta ne voivat olla ainoa merkittävä massavarasto yksinäisessä avaruudessa. Hawkingin säteily voi käsittämättömän pitkien aikojen kuluessa jopa haihduttaa nämä mustat aukot, vaikka tämä ylittää tavanomaiset astrofysikaaliset aikakaudet [9, 10].
6.3 Paikallisryhmän perintö
"Pimeällä aikakaudella" Milkomeda on todennäköisesti ainoa massiivinen elliptinen rakenne, jossa on Linnunradan, Andromedan, M33:n ja kääpiögalaksien tähtijäänteitä. Jos kaukaisemmat galaksit/klusterit ovat kosmologisen näköpiirimme ulkopuolella, paikallisesti jäljelle jää tämä yhdistynyt saari, joka hitaasti vaipuu kosmiseen pimeyteen.
7. Yhteenveto
Linnunrata ja Andromeda lähestyvät väistämättä galaksien yhdistymistä – ilmiötä, joka aiheuttaa valtavan muutoksen Paikallisryhmän keskuksessa. Noin 4–5 miljardin vuoden kuluttua nämä kaksi spiraaligalaksia alkavat olla vuorovaikutuksessa vuorovesihäiriöiden, tähtienmuodostuksen purkausten ja mustien aukkojen "ruokkimisen" aaltojen kautta, kunnes ne lopulta sulautuvat yhdeksi massiiviseksi elliptiseksi – "Milkomedaksi". Pienemmät galaksit, kuten M33, voivat liittyä tähän yhdistelmään, ja kääpiösatelliitit hajotetaan tai integroidaan vuorovesivoimien vaikutuksesta.
Kun katsotaan vielä pidemmälle, universumin laajeneminen erottaa tämän uuden rakenteen muista rakenteista, sulkien sen yksinäisyyteen, jossa tähtien muodostus lopulta ehtyy. Kymmenien tai satojen miljardien vuosien kuluttua jäljellä ovat vain vanhenevat tähdet, kunnes lopulta hallitsevat vain mustat aukot ja tähtien jäänteet. Kuitenkin lähimmät muutamat miljardit vuotta kosminen kulmamme pysyy melko elinvoimaisena, ja lähestyvä Andromedan törmäys tulee olemaan viimeinen suuri galaksien kokoontumisnäytös Paikallisessa Ryhmässä.
Linkkejä ja lisälukemista
- van der Marel, R. P., et al. (2012). ”M31:n nopeusvektori. III. Tuleva Milky Way–M31–M33:n kiertoradan kehitys, yhdistyminen ja Auringon kohtalo.” The Astrophysical Journal, 753, 9.
- van der Marel, R. P., & Guhathakurta, P. (2008). ”M31:n poikittaisnopeus ja paikallisen ryhmän massa satelliittien kineettisten tietojen perusteella.” The Astrophysical Journal, 678, 187–199.
- Cox, T. J., & Loeb, A. (2008). ”Milky Wayn ja Andromedan törmäys.” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 386, 461–474.
- Hopkins, P. F., et al. (2008). ”Yhtenäinen, yhdistymiseen perustuva malli tähtienpurkauksien, kvasaareiden ja spheroidien alkuperästä.” The Astrophysical Journal Supplement Series, 175, 356–389.
- Sackmann, I.-J., & Boothroyd, A. I. (2003). ”Aurinkomme. III. Nykyhetki ja tulevaisuus.” The Astrophysical Journal, 583, 1024–1039.
- Riess, A. G., et al. (1998). ”Havaintotodisteita supernovista kiihtyvästä universumista ja kosmologisesta vakiosta.” The Astronomical Journal, 116, 1009–1038.
- Gaia Collaboration (2018). ”Gaia Data Release 2. Havainnoivat Hertzsprung–Russellin diagrammit.” Astronomy & Astrophysics, 616, A1.
- Kallivayalil, N., et al. (2013). ”Kolmannen aikakauden Magellanin pilvien oikeat liikkeet. III. Magellanin pilvien kineettinen historia ja Magellanin virtauksen kohtalo.” The Astrophysical Journal, 764, 161.
- Adams, F. C., & Laughlin, G. (1997). ”Kuoleva universumi: Astrofysikaalisten kohteiden pitkäaikainen kohtalo ja kehitys.” Reviews of Modern Physics, 69, 337–372.
- Hawking, S. W. (1975). ”Hiukkasten syntyminen mustien aukkojen kautta.” Communications in Mathematical Physics, 43, 199–220.