星系为什么会碰撞？

如果宇宙向外扩展，那么一个星系偏离轨道足以与另一个星系碰撞的过程是什么？

可以说仙女座星系和银河系。

宇宙正在大规模扩展。但是在当地情况总是很混乱。

在本地，星系不是固定在石头上，它们是相对移动的，方向是随机的。如果它们彼此足够快地相互靠近，那么它们将发生碰撞。

另外，还有引力。一些星系在重力作用下相互束缚，这将倾向于将它们拉在一起。

关于星系为什么相对于彼此根本运动的原因-嗯，这个宇宙中的事物具有动能，并且是随机分布的。通过随机分布，各种情况都是可能的-事物彼此远离，相互缩放，碰撞。

这是一个混乱且随机的宇宙，并且扩展的顺序只有在最大规模时才显而易见。

星系并没有真正脱离轨道-这并非不可能，但是随着空间的不断扩大，这种事情可能不再发生了。实际发生的是星系形成了受重力约束的星团-在星团中，由于重力而产生的加速度大于星系之间空间的等效扩展，因此，所讨论的星系实际上并不会随着距离的增加而距离越来越近。最终，这导致冲突和合并。

如果扩展大致保持恒定，那么将会出现一个点，即我们将无法再看到自己星团之外的任何星系。但是对于距离足够近的人来说，这几乎没有效果-就像空间的扩大不会导致原子，行星，太阳系或星系变大一样。

我不确定是否有人回答了所提问题。根本原因的确是，自由落体时间尺度比宇宙年龄短得多的引力束缚结构不受宇宙一般膨胀的很大影响（注意：自由落体时间尺度比此时间长的结构不会成为源。许多星系碰撞）。即，局部地，这种结构内的膨胀可以忽略不计。但是，这不一定会导致在比宇宙年龄短的时间尺度上发生碰撞。

星系碰撞的第一个原因是星系团簇具有非常大的数密度-也就是说，星系之间的间距不会比星系的“大小”大很多，这里的“大小”表示有效的相互作用横截面半径。由于这些高密度，富星团（甚至是较小的星系组）中的自由落体动力学时标约为数十亿年，因此星系有足够的时间相互作用。相比之下，请考虑如何构建本地附近恒星的比例模型，并比较恒星的大小及其间隔。实际上，很难用任何有意义大小的恒星建立这样的比例模型。另一方面，您可以$\sim 10$

第二个原因是，许多星系都包含气体，并且气体可以很容易地耗散动能，并且还可以传递角动量。另一个因素是，大量星系团包含簇内气体，这些气体也可以用来耗散动能。在万有引力的系统中，在轨道上彼此围绕或围绕共同的质心的物体需要这样的方式，其中动能和角动量可能会丢失，从而发生碰撞。即使没有气体，星系也存在于团簇和团簇中，这意味着n体相互作用可以消散能量和角动量，从而发生碰撞。

星系不会“偏离轨道”-要查看碰撞是如何发生的，我们需要尽早回到星系形成。

因此，发生了大爆炸。空间开始扩展-极大地扩展。顺便说一下，空间本身是在扩展，而不是星系在空间中移动-距离本身会改变。（这就是为什么它被称为“度量”扩展，度量是距离度量的术语，也是宇宙学家说“大爆炸”发生在“各处”的原因）。

在不到一秒钟的时间内，巨大的膨胀逐渐减弱。空间继续扩大，但是速度要慢得多。最后的基本力消失了，宇宙以疯狂的热稠密混合物的形式留在了一起，如此之热以至于质子，中子和电子之类的基本粒子都不存在，尽管夸克可以。

但是发生了一些非常微妙的事情。尽管膨胀给我们留下了难以置信的均匀同质的宇宙，但密度在各个地方之间确实变化很小。随着事物冷却，粒子开始凝结（以及歼灭，以及其他事物），宇宙留下了宇宙学家所谓的声波-基本上是驻波。而且，如果您曾经看过一个振动的沙盘的视频，您会知道一种影响是由于干涉图案，它会使一些地方的沙更多，有些沙更少。因此，随着宇宙的扩展，我们的宇宙最终会变得密密麻麻，有些区域密度较小。

第二个效果发挥了作用。您将知道（或听说过）暗物质。我们不知道它是由什么组成的，但是我们知道它的存在（如果没有它，星系就无法形成，它们会飞散开来或花费比宇宙形成的时间更长的时间），而且我们对如何它的行为-它响应什么力量，什么不响应。通过重力相互作用-是的，非常微弱。通过电磁力进行交互-不，完全没有。后一点至关重要。

当“普通”物质崩溃时，它会升温。例如，这就是我们获得星星的方式。坍塌过程中释放的辐射也起到一种压力的作用，与坍塌相反，从而使其减速。这就是为什么像我们的太阳这样的恒星能够保持如此长时间稳定的原因。暗物质不会电磁相互作用（据我们所知），因此它不会经历或产生电磁辐射。因此，当它崩溃时，它不会变热，也不会释放出辐射...我想您可以看到它的发展方向。坍塌过程中没有释放出辐射来抵抗进一步的坍塌，因此它的坍塌速度比普通物质快得多。顺便说一句，因为它不能释放辐射，也不能抛弃必须释放的能量才能形成密集的物体。因此，它很快就会崩溃为朦胧的弥散“光晕”，但随后无法崩溃得更多。毫不奇怪，它在宇宙密度较小的那些地方倒塌了。因此，您将得到宇宙学家所说的暗物质的“细丝”和“晕圈”，有点像海绵或瑞士奶酪，并用比较的“空隙”将它们分开。普通物质被这些已经存在的暗物质细丝和光环所吸引。它向他们崩溃。由于暗物质的集中，引力增强了普通物质的自重-普通物质可以 由于辐射而失去能量，因此它比暗物质更容易崩溃，形成了我们今天可以看到的星系及其内含物。

重力可以做到这一点，因为到目前为止，宇宙的膨胀已比其“鼎盛时期”减慢了很多，以至于重力可以使某些物质在空间中聚集在一起的速度快于膨胀在它们之间增加空间的速度。在宇宙距离上，引力要弱得多，并且膨胀起主导作用，因此星团和超团簇仍然分开，但是在星团内部，星系和星系团在重力的作用下被加速到足以使它们大部分停留在它们的星团和星团中，并在周围移动或在其中运行。

因此，我们得出了一个宇宙，该宇宙在宇宙范围内由于引力弱而看到膨胀“获胜”，因此我们看到超团移动。但是在星团和星系群中，我们会看到引力“胜利”，因为它在更短的距离上更强，因此星团和像银河系这样的受引力约束的实体保持在一起。

这又意味着，星系和星系团受引力的束缚比被膨胀分开的束缚更大。因此，尽管普遍扩张，他们仍然在自己的集群和团队中移动。而且，有时候，由于3个或更多分离的物体在重力作用下的运动是混乱的（并且星团可能包含数十亿或数万亿个星系），因此整个星系都会被弹出，碰撞或做任何星系。就是这样。

（尽管您没有问，但自然会想知道接下来会发生什么。我们相信，扩张速度正在缓慢加快。这意味着在不久的将来（几千亿亿年），星系将必须靠得更近些才能使重力主导膨胀，所以现在稳定的星团可能会在不久的将来破裂。如果膨胀足够快，那么即使是较小的物体也可能最终破裂，也许是星系本身，甚至是恒星和原子。但这是没人知道的。）

我认为还值得注意的是，宇宙学的扩展只能在最大规模上进行测量。哈勃定律告诉我们，物体离物体越远，扩张将物体拉离物体的速度就越快。这个比率大约是这是$70 km.s^{-1}Mpc^{-1}$$70 km.s^{-1}$$110 km.s^{-1}$$70 km.s^{-1}$

尽管宇宙正在膨胀，并且总的来说，银河离我们越远，它似乎离我们越快。这不适用于本地组中的星系。这是万有引力的结构。仙女座星系正以约40万公里/小时的速度向银河系移动，银河系和仙女座星系预计将在约40亿年的时间内相撞。发生这种情况时，将形成一个巨大的新的单一星系。由合并形成的新星系有时被命名为Milkomeda。有关更多详细信息，请参阅我最近关于此主题的博客文章。

经过数十亿年，Milkomeda将逐渐吸收其他本地团体成员。

一般而言，任何引力约束的结构，例如：恒星系统（例如太阳系），随着宇宙的扩展，我们的星系以及星系团和星团将不会变大。