Ekspansja Wszechświata jest jedną z najbardziej sprzecznych z intuicją idei współczesnej kosmologii. Jeśli sama przestrzeń się rozciąga, jak galaktyki mogą nadal się zderzać? To pytanie często pojawia się, ponieważ wydaje się sprzeczne: czy wszystko nie powinno się rozpaść? Rzeczywistość jest znacznie bardziej skomplikowana. Do kolizji dochodzi, ponieważ ekspansja dominuje tylko w największych skalach, a grawitacja nadal wywiera lokalnie potężny wpływ.
Rozszerzający się wszechświat: nieporozumienie
Popularna koncepcja ekspansji Wszechświata jako eksplozji – z galaktykami poruszającymi się w przestrzeni – jest myląca. Ekspansja nie polega na tym, że galaktyki oddalają się od siebie, ale na tym, że sama przestrzeń się rozszerza. Wyobraź sobie elastyczną linijkę rozciągającą się od jednego do dwóch metrów. Punkty bardziej od siebie oddalone poruszają się szybciej, a punkty bliżej siebie poruszają się wolniej. Dokładnie to dzieje się we Wszechświecie: bardziej odległe galaktyki oddalają się szybciej, co możemy zmierzyć.
Na przykład galaktyka oddalona o 10 megaparseków (32,6 milionów lat świetlnych) oddala się z prędkością około 700 km/s, podczas gdy galaktyka oddalona o 1 megaparsek, porusza się z prędkością zaledwie 70 km/s. Pomimo tak szybkiej ekspansji, galaktyki nadal są w stanie ją pokonać dzięki swojej ogromnej prędkości.
Lokalna grawitacja pokonuje ekspansję
Najlepszym przykładem jest Galaktyka Andromedy. Chociaż znajduje się w odległości 2,5 miliona lat świetlnych, nie się oddala. Zamiast tego pędzi w kierunku Drogi Mlecznej z prędkością około 110 km/s. Dzieje się tak, ponieważ obie galaktyki są powiązane grawitacyjnie w ramach Grupy Lokalnej: ich wzajemna grawitacja hamuje ekspansję Wszechświata.
Ta sama zasada dotyczy galaktyk w gromadach. Połączona grawitacja utrzymuje je razem, opierając się zewnętrznemu wpływowi ekspansji. W rezultacie galaktyki te mogą oddziaływać, łączyć się i zderzać na przestrzeni miliardów lat, pomimo rozszerzającej się przestrzeni wokół nich.
Grawitacja zagina czasoprzestrzeń
Teoria względności Einsteina wyjaśnia, dlaczego to działa. Grawitacja to nie tylko siła; jest to zniekształcenie czasoprzestrzeni. Masywne obiekty deformują tkankę Wszechświata, powodując, że pobliskie obiekty wyginają się w ich stronę. W ściśle połączonym układzie dominuje grawitacja, zapobiegając ekspansji wewnątrz tego obszaru. Przestrzeń rozszerza się wokół gromady, ale nie wewnątrz niej.
Oznacza to, że jeśli dwie galaktyki zbliżą się wystarczająco blisko siebie, grawitacja przyciągnie je do siebie, niezależnie od rozszerzającego się tła. Właśnie z tego powodu Droga Mleczna i Andromeda zderzą się za około osiem miliardów lat.
Ciemna energia i przyszłość
Historia staje się jeszcze dziwniejsza, ponieważ ekspansja nie jest stała. W 1998 roku astronomowie odkryli, że ekspansja przyspiesza, napędzana tajemniczą siłą zwaną ciemną energią. Jeśli ciemna energia zachowuje się w określony sposób, wówczas nawet przestrzeń w połączonych obszarach może się rozszerzać. Najbardziej ekstremalny scenariusz, „wielkie rozdarcie”, zakłada, że ostatecznie każda struktura – od galaktyk po cząsteczki – zostanie rozerwana w wyniku niepowstrzymanej ekspansji.
Jednak natura ciemnej energii pozostaje nieznana. Duża luka to tylko jedna z możliwych opcji. Przyszłość Wszechświata – i los zderzających się galaktyk – pozostaje niepewna.
Podsumowując, galaktyki zderzają się, ponieważ grawitacja nadal lokalnie dominuje, tłumiąc ekspansję Wszechświata w mniejszych skalach. Ta dynamiczna interakcja między grawitacją a ekspansją pozwala strukturom tworzyć się, ewoluować i ostatecznie zderzać, nawet gdy przestrzeń nadal się rozciąga.
