Galaxien geraten nicht aus der Bahn - um zu sehen, wie Kollisionen auftreten, müssen wir frühzeitig zur Entstehung der Galaxien zurückkehren.
Also, Urknall passiert. Der Raum beginnt sich zu vergrößern - dramatisch und in großem Umfang. Das ist übrigens der Raum selbst, der sich ausdehnt, nicht Galaxien, die sich im Raum bewegen - Entfernungen ändern sich. (Aus diesem Grund wird es als "metrische" Erweiterung bezeichnet, wobei Metrik ein Begriff für Entfernungsmessungen ist, und auch, warum Kosmologen sagen, dass der Urknall "überall" stattgefunden hat.)
In einem winzigen Sekundenbruchteil lässt die massive Expansion nach. Der Speicherplatz wächst weiter, jedoch viel langsamer. Die letzte der fundamentalen Kräfte löst sich auf, und der Kosmos bleibt als wahnsinnig heißes, dichtes Gemisch zurück, so heiß, dass selbst Grundpartikel wie Protonen, Neutronen und Elektronen noch nicht existieren können - obwohl es Quarks können.
Aber da sind einige sehr subtile Dinge im Gange. Obwohl die Expansion ein unglaublich einheitliches, homogenes Universum hinterlassen hat, variiert die Dichte geringfügig zwischen den Orten. Wenn sich die Dinge abkühlen und Partikel zu kondensieren beginnen (und sich vernichten und andere Dinge), bleibt dem Universum das übrig, was Kosmologen akustische Wellen nennen - im Grunde genommen stehende Wellen. Und wenn Sie jemals Videos gesehen haben, in denen ein Tablett mit Sand vibriert , wissen Sie, dass ein Effekt darin besteht, dass an einigen Stellen aufgrund von Interferenzmustern mehr Sand und an anderen weniger Sand zurückbleibt. Unser Universum dehnt sich also aus, wobei einige Bereiche dichter und andere weniger dicht sind.
Ein zweiter Effekt kommt ins Spiel. Du wirst dunkle Materie kennen (oder davon gehört haben). Wir wissen nicht, woraus es besteht, aber wir wissen, dass es Galaxien gibt (Galaxien könnten sich ohne sie nicht bilden, sie würden auseinander fliegen oder länger als das Alter des Universums brauchen, um sich zu bilden), und wir wissen viel darüber, wie es verhält sich - auf welche Kräfte es reagiert und auf welche Kräfte es nicht reagiert. Über die Schwerkraft interagieren - ja, sehr schwach. Über elektromagnetische Kraft interagieren - nein, überhaupt nicht. Letzteres ist entscheidend.
Wenn "gewöhnliche" Materie zusammenbricht, erwärmt sie sich. So bekommen wir zum Beispiel Sterne. Die beim Zusammenbruch freigesetzte Strahlung wirkt auch als eine Art Druck, der dem Zusammenbruch entgegenwirkt und ihn verlangsamt. Deshalb sind Sterne wie unsere Sonne so lange stabil. Dunkle Materie interagiert (soweit wir wissen) nicht elektromagnetisch, sodass sie keine elektromagnetische Strahlung erfahren oder erzeugen kann. Wenn es zusammenbricht, wird es nicht heiß, es setzt keine Strahlung frei ... Ich glaube, Sie können sehen, wohin das führt. Während des Zusammenbruchs wird keine Strahlung freigesetzt, die einem weiteren Zusammenbruch widersteht, so dass dieser viel schneller als gewöhnliche Materie zusammenbrechen kann . Nebenbei, weiles kann keine Strahlung abgeben, es kann auch nicht die Energie abgeben, die beseitigt werden muss, damit sich dichte Objekte bilden können. So wird es schnell zu einem verschwommenen, diffusen "Heiligenschein", der dann aber nicht viel mehr zusammenbrechen kann. Und keine Überraschung, es bricht an den Stellen zusammen, an denen das Universum etwas dichter war. So erhalten Sie, was Kosmologen "Filamente" und "Lichthöfe" aus dunkler Materie nennen, ein bisschen wie ein Schwamm oder ein Schweizer Käse, mit vergleichbaren "Hohlräumen", die sie trennen. Gewöhnliche Materie wird stärker von diesen bereits vorhandenen Filamenten und Lichthöfen der dunklen Materie angezogen. Es bricht zu ihnen zusammen. Die Selbstgravitation der gewöhnlichen Materie wird durch die Gravitation aufgrund der dort vorhandenen Konzentrationen dunkler Materie verstärkt - und gewöhnliche Materie kann Sie verlieren Energie durch Strahlung und kollabieren mehr als die dunkle Materie, um die Galaxien und ihren Inhalt zu bilden, die wir heute sehen können.
Die Schwerkraft kann dies tun, da sich die Expansion des Universums seit ihrer "Blütezeit" so sehr verlangsamt hat, dass die Schwerkraft einen Teil der Materie im Raum schneller zusammenzieht, als die Expansion Raum zwischen ihnen schaffen kann . Über kosmische Entfernungen ist die Schwerkraft viel schwächer und die Ausdehnung dominiert. Daher bewegen sich Cluster und Supercluster immer noch auseinander, aber innerhalb von Clustern werden die Galaxien und Galaxiengruppen durch die Schwerkraft so stark beschleunigt, dass sie größtenteils in ihren Gruppen und Clustern bleiben und sich bewegen oder in ihnen umkreisen.
Am Ende haben wir ein Universum, in dem wir kosmisch gesehen die Expansion als "gewinnbringend" betrachten, da die Schwerkraft schwach ist. Wir sehen also, wie sich Supercluster voneinander entfernen. Innerhalb von Clustern und Galaxiengruppen sieht man jedoch, dass die Schwerkraft "gewinnt", weil sie über kleinere Entfernungen stärker ist, so dass Cluster und schwerkraftgebundene Entitäten wie Galaxien zusammenhalten.
Dies bedeutet wiederum, dass Galaxien und Galaxiengruppen mehr durch die Schwerkraft gebunden als durch Expansion getrennt sind. So bleiben sie trotz universeller Expansion in ihren Clustern und Gruppen in Bewegung. Und gelegentlich werden ganze Galaxien ausgeworfen oder kollidieren oder tun, was auch immer Galaxien tun, weil die Bewegung von drei oder mehr getrennten Körpern unter der Schwerkraft chaotisch ist (und Cluster Milliarden oder Billionen von Galaxien enthalten können). Und so passiert es.
(Obwohl Sie nicht gefragt haben, ist es eine natürliche Frage, sich zu fragen, was als nächstes passiert. Wir glauben, dass die Expansionsrate langsam zugenommen hat. Dies bedeutet, dass in ferner Zukunft (Zehn- und Hundertmilliarden von Jahren) Galaxien wachsen werden müssen noch enger beieinander sein, damit die Schwerkraft die Expansion dominiert, damit jetzt stabile Cluster in ferner Zukunft auseinander brechen können. Wenn die Expansion ausreichend beschleunigt wird, könnten letztendlich auch kleinere Körper aufbrechen, vielleicht Galaxien selbst oder sogar Sterne und Atome Aber das weiß niemand.)