Розширення Всесвіту є однією з найбільш суперечливих ідей у сучасній космології. Якщо простір сам по собі розтягується, як галактики можуть стикатися? Це питання часто виникає, тому що воно здається суперечливим: чи не повинно все розлетітися? Реальність набагато складніша. Зіткнення відбуваються тому, що розширення домінує лише в найбільших масштабах, а гравітація все ще має потужний вплив локально.
Всесвіт, що розширюється: помилкова думка
Популярна ідея про розширення Всесвіту як вибух – з галактиками, що рухаються крізь космос – є оманливою. Розширення полягає не в тому, що галактики мчать одна від одної, а в тому, що сам простір розширюється. Уявіть собі гнучку лінійку, яка тягнеться від одного до двох метрів. Точки, розташовані далі одна від одної, рухаються швидше, а ті, що знаходяться ближче, — повільніше. Це саме те, що відбувається у Всесвіті: більш далекі галактики віддаляються швидше, що ми можемо виміряти.
Наприклад, галактика на відстані 10 мегапарсеків (32,6 мільйона світлових років) віддаляється зі швидкістю приблизно 700 км/с, а галактика на відстані 1 мегапарсек — лише 70 км/с. Незважаючи на таке швидке розширення, галактики все ж можуть його подолати завдяки своїй величезній швидкості.
Місцеве тяжіння долає розширення
Галактика Андромеди служить яскравим прикладом. Хоча він знаходиться на відстані 2,5 мільйонів світлових років, він не віддаляється. Натомість він мчить до Чумацького Шляху зі швидкістю близько 110 км/с. Це відбувається тому, що обидві галактики гравітаційно пов’язані в межах Місцевої групи: їх взаємна гравітація пригнічує розширення Всесвіту.
Той самий принцип застосовується до галактик у скупченнях. Загальна сила тяжіння утримує їх разом, протистоячи зовнішньому впливу розширення. У результаті ці галактики можуть взаємодіяти, зливатися і стикатися протягом мільярдів років, незважаючи на розширення простору навколо них.
Гравітація згинає простір-час
Теорія відносності Ейнштейна пояснює, чому це працює. Гравітація — це не просто сила; це спотворення простору-часу. Масивні об’єкти деформують тканину Всесвіту, змушуючи сусідні об’єкти згинатися до них. У тісно пов’язаній системі домінує сила тяжіння, що перешкоджає розширенню всередині цієї області. Простір розширюється навколо кластера, але не всередині нього.
Це означає, що якщо дві галактики підійдуть досить близько одна до одної, гравітація зтягне їх разом, незалежно від фону розширення. Саме з цієї причини Чумацькому Шляху й Андромеди судилося зіткнутися приблизно через вісім мільярдів років.
Темна енергія і майбутнє
Історія стає ще дивнішою, оскільки розширення непостійне. У 1998 році астрономи виявили, що розширення прискорюється, кероване таємничою силою, яка називається темною енергією. Якщо темна енергія поводиться певним чином, то навіть простір у з’єднаних областях може розширюватися. Найбільш екстремальний сценарій, «великий розрив», передбачає, що зрештою кожна структура — від галактик до молекул — буде розірвана на частини нестримним розширенням.
Однак природа темної енергії залишається невідомою. Велика щілина – лише один із можливих варіантів. Майбутнє Всесвіту — і доля галактик, що стикаються — залишається невизначеним.
На закінчення, галактики стикаються, тому що гравітація все ще домінує локально, пригнічуючи розширення Всесвіту в менших масштабах. Ця динамічна взаємодія між гравітацією та розширенням дозволяє структурам формуватися, розвиватися та зрештою стикатися, навіть коли простір продовжує розтягуватися назовні.
