Ako se svemir širi, zašto se galaksije sudaraju?

Dobijam mnogo imejlova — većina su saopštenja i obaveštenja, poneki spam, ali i pitanja čitalaca o temama iz kosmologije. Jedno od najčešće postavljanih glasi: ako se svemir širi, kako onda galaksije mogu da se sudare umesto da se razilaze?

Osnovna ideja: širi se prostor, ne „projektili“

Svemir se zaista širi — to je osnova moderne kosmologije. Ključna razlika je u tome što se ne radi o galaksijama koje lete kroz nepokretan prostor kao krhotine posle eksplozije, već se širi sam prostor. Zbog toga udaljenije galaksije deluju kao da brže „beže“ od nas: stopa udaljavanja raste s razdaljinom.

Jednostavan primer — rastegljivi lenjir

Zamislite veoma rastegljiv lenjir. Ako ga duplirate, krajevi su se pomerili znatno više nego dve tačke blizu centra; relativna brzina između daljih tačaka veća je nego između bliskih. Isto važi i za prostor: što je veća udaljenost, to je veće brzinsko odstojanje usled širenja.

Zašto se onda galaksije sudaraju?

Postoje dve komplementarne činjenice koje to objašnjavaju:

• Širenje dominira samo na velikim skalama. Na skalama ogromnih razmera (iznad klastera galaksija) efekat širenja je dominantan. Ali na manjim razdaljinama — unutar grupa i klastera galaksija — lokalne sile mogu nadvladati kosmičko širenje.
• Gravitacija veže sisteme. Ako su dve galaksije dovoljno blizu i masivne, njihova međusobna gravitacija može ih učiniti gravitaciono vezanim: njihova relativna brzina ne dopušta da ih širenje svemira „razvuče“ i zato mogu da se približe i sudare.

Primer: Andromeda i Mlečni Put

Najbliža velika spiralna galaksija Andromeda (M31) udaljena je oko 2,5 miliona svetlosnih godina (≈0,77 Mpc). Po Hablovoj konstanti od redom 70 km/s/Mpc, očekivana recesiona brzina na toj udaljenosti bila bi ~50 km/s. Umesto toga, Andromeda se kreće prema nama brzinom ~110 km/s — dovoljno da prevagne lokalna gravitacija. Trenutna procena kaže da su Mlečni Put i Andromeda na putu sukoba i spajanja za otprilike 4,5 milijardi godina.

Širenje se ne "uvlači" unutra gravitaciono vezanih sistema

Prema opštoj relativnosti, prostor koji je gravitaciono vezan (npr. unutar galaksije, između galaksija u lokalnoj grupi ili unutar planetskih sistema) ne mora da se širi na isti način kao međugalaktički prostor velike skale. Drugim rečima, kosmičko širenje deluje oko i izvan vezanih struktura, ali ne preovladava u njihovom unutrašnjem prostoru — zato planete ostaju u orbitama, galaksije ostaju povezane, i zato galaksije u grupama mogu da se sukobe uprkos globalnom širenju.

Tamna energija i budućnost svemira

Otkriveno 1998. godine, ubrzano širenje svemira pripisuje se nepoznatoj komponenti zvanoj tamna energija. U većini modela tamne energije ubrzanje će samo pojačati razdvajanje na najvećim skalama, ali postoji i teorijska mogućnost (u nekim ekstremnim scenarijima) da bi kontinuirano ubrzanje moglo na kraju "rastrgnuti" i vezane sisteme — scenario poznat kao Big Rip. Važno je naglasiti da je to hipotetičan ishod koji zavisi od svojstava tamne energije, a ne potvrđena sudbina svemira.

Zaključak — šta to znači za nas?

Širenje svemira i dalje je temelj moderne kosmologije, ali ono ne znači da su sve galaksije osuđene da nepovratno odlaze jedne od drugih. Na manjim, lokalnim skalama gravitacija i drugi efekti određuju dinamiku, pa se galaksije mogu sudarati i spajati. Eventualne dramatične sudbine poput "Big Rip"‑a ostaju teorijske i, ukoliko se i dogode, desiće se na vremenskim skalama daleko većim od ljudskog života.

Nadamo se da je ovaj pregled razjasnio protivurečnosti na prvi pogled — svemir može biti u ekspanziji, a ipak lokalno može nastajati spektakularna gravitaciona bliska susedstva i sukobi galaksija.