Le galassie non vanno "fuori strada" - per vedere come avvengono le collisioni, dobbiamo tornare subito alla formazione della galassia.
Quindi succede il Big Bang. Lo spazio inizia ad espandersi - in modo drammatico e in larga misura. Questo è lo stesso spazio che si sta espandendo, non le galassie che si muovono nello spazio, a proposito: le distanze cambiano. (Ecco perché si chiama espansione "metrica", essendo la metrica un termine per misurare la distanza, e anche perché i cosmologi affermano che il Big Bang è accaduto "ovunque").
Ad una piccola frazione di secondo, la massiccia espansione si sta esaurendo. Lo spazio continua ad espandersi, ma a un ritmo molto più lento. L'ultima delle forze fondamentali si spezza e il cosmo viene lasciato come un mix densamente follemente caldo, così caldo che non possono ancora esistere anche particelle di base come protoni, neutroni ed elettroni, anche se i quark possono farlo.
Ma ci sono alcune cose molto sottili in corso. Anche se l'espansione ci ha lasciato con un universo incredibilmente uniforme e omogeneo, la densità varia rapidamente tra i luoghi. Man mano che le cose si raffreddano e le particelle iniziano a condensarsi (e annientano, e altre cose), l'universo viene lasciato con ciò che i cosmologi chiamano onde acustiche, sostanzialmente onde stazionarie. E se hai mai visto i video di un vassoio di sabbia vibrare , saprai che un effetto è che lascia alcuni posti con più sabbia, alcuni con meno, a causa di schemi di interferenza. Quindi il nostro universo finisce, mentre si espande, con alcune aree più dense, altre meno dense.
Entra in gioco un secondo effetto. Conoscerai (o avrai sentito parlare) della materia oscura. Non sappiamo di cosa sia fatto, ma sappiamo che esiste (le galassie non potrebbero formarsi senza di esso, si allontanerebbero o impiegherebbero più tempo dell'età dell'universo a formarsi) e sappiamo molto su come si comporta - a quali forze risponde e a quali forze non fa. Interagisci per gravità - sì, molto debolmente. Interagisci tramite forza elettromagnetica - no, per niente. Quest'ultima parte è cruciale.
Quando la materia "ordinaria" collassa, si riscalda. È così che otteniamo le stelle, per esempio. Le radiazioni rilasciate durante il collasso agiscono anche come una sorta di pressione, contrastando il collasso, rallentandolo. Ecco perché stelle come il nostro sole sono stabili per così tanto tempo. La materia oscura non interagisce elettromagneticamente (per quanto ne sappiamo), quindi non può sperimentare o creare radiazioni elettromagnetiche. Quindi quando collassa, non si surriscalda, non rilascia radiazioni ... Penso che tu possa vedere dove sta andando. Non ci sono radiazioni emesse durante il collasso per resistere a un ulteriore collasso, quindi può collassare molto più velocemente della materia normale . A parte, perchénon può rilasciare radiazioni, inoltre non può scaricare l'energia che deve essere liberata per consentire la formazione di oggetti densi. Quindi finisce rapidamente per crollare in un "alone" diffuso e nebuloso, ma poi non può più collassare. E nessuna sorpresa, collassa in quei luoghi in cui l'universo era leggermente più denso. Quindi ottieni ciò che i cosmologi chiamano "filamenti" e "aloni" di materia oscura, un po 'come una spugna o un formaggio svizzero, con "vuoti" comparativi che li separano. La materia ordinaria è più fortemente attratta da questi filamenti e aloni di materia oscura già esistenti. Crolla verso di loro. L'auto-gravità della materia ordinaria è potenziata dalla gravità a causa delle concentrazioni della materia oscura lì - e la materia ordinaria può perde energia dalle radiazioni, quindi collassa più della materia oscura, per formare le galassie e il loro contenuto che possiamo vedere oggi.
La gravità può fare questo, perché l'espansione dell'universo ha ormai rallentato così tanto dal suo "periodo d'oro", che la gravità può tirare un po 'della questione insieme all'interno di uno spazio più velocemente di quanto l'espansione può aggiungere spazio tra di loro . Oltre le distanze cosmiche, la gravità è molto più debole e l'espansione domina, quindi i cluster e i super cluster si allontanano ancora, ma all'interno dei cluster, le galassie e i gruppi di galassie sono accelerati dalla gravità abbastanza da rimanere per lo più nei loro gruppi e cluster e muoversi o orbita al loro interno.
Quindi finiamo con un universo che, su scala cosmica, vediamo l'espansione "vincente" poiché la gravità è debole, quindi vediamo i supercluster che si separano. Ma all'interno di ammassi e gruppi di galassie, vediamo la gravità "vincere" perché è più forte su distanze più piccole, quindi gli ammassi e le entità legate alla gravità come le galassie stanno insieme.
Ciò a sua volta significa che le galassie e i gruppi di galassie sono legati dalla gravità più di quanto siano separati dall'espansione. Quindi rimangono in movimento all'interno dei loro gruppi e gruppi, nonostante l'espansione universale. E, di tanto in tanto, poiché il movimento di 3 o più corpi separati sotto gravità è caotico (e i cluster possono contenere miliardi o trilioni di galassie), intere galassie verranno espulse o si scontreranno o faranno qualsiasi cosa facciano le galassie. Ed è così che succede.
(Anche se non lo hai fatto, è una domanda naturale chiedersi cosa succederà dopo. Crediamo che il tasso di espansione si sia lentamente accelerato. Ciò significa che nel lontano futuro (decine e centinaia di miliardi di anni), che le galassie devono essere ancora più vicini tra loro, perché la gravità domini l'espansione. Quindi i cluster che sono stabili ora, potrebbero rompersi nel lontano futuro. Se l'espansione accelera abbastanza, alla fine anche i corpi più piccoli potrebbero rompersi, forse le galassie stesse, o persino le stelle e gli atomi Ma è qualcosa che nessuno sa.)