Czy Andromeda i Droga Mleczna spotkały się już 10 miliardów lat temu?

M31
Zdjęcie Galaktyki Andromedy w zakresie widzialnym. Źródło: Adam Evans.
Przez wiele lat naukowcy uważali, że Droga Mleczna za około 3 miliardy lat zderzy się ze swoją większą sąsiadką, galaktyką Andromedy i będzie to ich pierwsze spotkanie. Europejska grupa badaczy, pod kierunkiem Hongsheng Zhao z University of St Andrews, zaproponowała zupełnie inną koncepcję: obie galaktyki zderzyły się około 10 miliardów lat temu i co więcej nasze rozumienie grawitacji jest całkowicie błędne. Taki scenariusz pozwala na wyjaśnienie struktury obu galaktyk oraz rozkładu ich satelitów, co obecnie nastręcza naukowcom wielu trudności.

Droga Mleczna, składająca się z około 200 miliardów gwiazd, stanowi część grupy galaktyk, zwanej Grupą Lokalną. Większość astrofizyków uważa, że główna część masy Lokalnej Grupy jest niewidoczna i składa się z tzw. ciemnej materii. Większość kosmologów uważa, że w całym Wszechświecie ciemnej materii jest 5 razy więcej niż zwykłej. Ciemna materia zgromadzona w Andromedzie i Drodze Mlecznej powoduje grawitacyjne przyciąganie między nimi na tyle silne, że przewyższa ono ekspansję Wszechświata. W konsekwencji galaktyki zbliżają się do siebie z prędkością 100 km na sekundę i za 3 miliardy lat dojdzie do zderzenia.

Ten scenariusz zakłada standardowy model grawitacji, który pierwotnie opisany przez Newtona, później został zmodyfikowany przez Einsteina. Niestety ma on trudności z wyjaśnieniem niektórych własności galaktyk widocznych wokół nas. Dr Zhao i jego zespół argumentują, że aby prawidłowo ocenić całkowite przyciąganie grawitacyjne pomiędzy galaktykami albo małymi grupami galaktyk, zanim dokona się w nich pomiaru ruchu gwiazd i gazu, należy użyć modelu grawitacji zaproponowanego w 1983 roku przez prof. Mordehai Milgroma z Instytutu Weizmanna w Izraelu.

Ta zmodyfikowana teoria grawitacji (ang. Modified Newtonian Dynamics, w skórcie MOND) opisuje w jaki sposób zachowuje się grawitacja na większych odległościach, inaczej niż wynika to z przewidywań Newtona i Einsteina.

Dr Zhao wraz ze współpracownikami po raz pierwszy wykorzystał tą teorię to wyliczenia ruchów galaktyk należących do Lokalnej Grupy. Wyniki ich pracy sugerują, że Droga Mleczna i Andromeda zbliżyły się do siebie około 10 miliardów lat temu. Na gruncie standardowej teorii grawitacji, gdyby doszło do takiego zdarzenia, to w wyniku dodatkowego przyciągania pochodzącego od ciemnej materii galaktyki zlałyby się w jeden obiekt.

Teoria prof. Milgroma zakłada, że nie ma cząstek ciemnej materii, a więc oddziaływanie grawitacyjne między galaktykami jest mniejsze. Dzięki temu, kiedy galaktyki zbliżyły się do siebie, po prostu przeleciały obok siebie jedynie wyrywając z siebie nawzajem materię, która utworzyła długie ramiona pływowe. W tego typu ramionach powstają nowe, małe galaktyki. Dr Zhao wyjaśnia, że znalezienie obserwacyjnych dowodów na to, iż obie galaktyki w przeszłości zbliżyły się do siebie, będzie silną przesłanką za prawdziwością teorii prof. Milgroma. Jedynie bez udziału ciemnej materii te galaktyki mogły przelecieć obok siebie, a nie zlać się w jedną duża galaktykę.

Być może, właśnie udało się znaleźć jeden z pierwszych dowodów. Astronomowie od wielu lat zmagają się z wyjaśnieniem rozkładu galaktyk karłowatych wokół Drogi Mlecznej i Andromedy. Galaktyki karłowate mogły się narodzić z gazu i gwiazd wyrwanego z obu galaktyk podczas ich bliskiego spotkania. Członek zespołu badaczy, Prof. Pavel Kroupa z Uniwersytetu w Bonn uważa, że widoczny na niebie rozkład galaktyk karłowatych może być jedynie wytłumaczony właśnie przez takie spotkanie.

Obecnie grupa naukowców planuje przeprowadzić symulację zderzenia galaktyk w oparciu o zmodyfikowaną teorię grawitacji (MOND) i aktualnie badacze z Uniwersytetu w Bonn pracują nad programem komputerowym przeznaczonym do tego celu.

W nowym scenariuszu Droga Mleczna i Andromeda nadal zmierzają ku zderzeniu, do którego dojdzie za kilka miliardów lat, ale będzie to ich już drugie spotkanie. Zespół badaczy uważa, że ich odkrycie może mieć znaczące skutki dla obecnego rozumienia Wszechświata. Prof. Kroupa podsumowuje, “jeśli mamy rację, to historię Wszechświata będziemy musieli napisać na nowo”.

Artykuł  "Local Group timing in Milgromian dynamics. A past Milky Way-Andromeda encounter at z>0.8", Zhao i in. , "Astronomy and Astrophysics"  jest dostępny na stronie http://arxiv.org/abs/1306.6628



Alicja Wierzcholska | Źródło: Royal Astronomical Society

Liczba odsłon: 3008


Schemat przedstawiający jak doszło do spotkania Galaktyki Andromedy (po prawej na dole) z Drogą Mleczną (na przecięciu osi), które miało miejsce 10 miliardów lat temu. Żółta linia przedstawia trajektorię Andromedy w odniesieniu do Drogi Mlecznej. Źródło: Fabian Lueghausen / University of Bonn