Galactic Futures: Milkomeda and Beyond

Galaktiset tulevaisuudet: Milkomeda ja sen tuolla puolen

Ennustettu Linnunradan ja Andromedan yhdistyminen sekä galaksien pitkän aikavälin kohtalo laajenevassa maailmankaikkeudessa

Galaksit kehittyvät jatkuvasti kosmisessa ajassa, yhdistyvät fuusioiden kautta, muuttuvat vähitellen sisäisten prosessien vaikutuksesta ja joskus liikkuvat vääjäämättä kohti vuorovaikutuksia naapureidensa kanssa. Oma Linnunratamme ei ole poikkeus: se kiertää Paikallisessa ryhmässä galakseja, ja havaintotodisteet vahvistavat, että se on törmäyskurssilla suurimman kumppaninsa, Andromedan galaksin (M31), kanssa. Tämä suuri fuusio, jota usein kutsutaan nimellä “Milkomeda,” muuttaa syvästi paikallista kosmista maisemaa miljardien vuosien kuluttua. Mutta jopa tämän tapahtuman jälkeen universumin kiihtyvä laajeneminen luo pohjan vielä laajemmalle tarinalle galaktisesta eristyneisyydestä ja lopullisesta kohtalosta. Tässä artikkelissa perehdymme siihen, miksi ja miten Linnunrata ja Andromeda yhdistyvät, todennäköiseen lopputulokseen molemmille galakseille sekä galaksien laajempaan pitkän aikavälin kohtaloon alati laajenevassa kosmoksessa.

1. Lähestyvä fuusio: Linnunrata ja Andromeda

1.1 Todisteet törmäyskurssista

Tarkat mittaukset Andromedan liikkeestä suhteessa Linnunrataan osoittavat, että se on sinisiirtymässä—liikkumassa kohti meitä noin 110 km/s nopeudella. Varhaiset radiaalinopeustutkimukset vihjasivat tulevasta törmäyksestä, mutta poikittaisnopeus pysyi epävarmana vuosikymmeniä. Hubble-avaruusteleskoopin havainnot ja myöhemmät tarkennukset (mukaan lukien Gaia-avaruustutkimuksen havainnot) ovat määrittäneet Andromedan oman liikkeen, vahvistaen, että se on lähes suoraan törmäyskurssilla Linnunradan kanssa noin 4–5 miljardin vuoden kuluttua [1,2].

1.2 Paikallisen ryhmän konteksti

Andromeda (M31) ja Linnunrata ovat kaksi suurinta galaksia Paikallisessa ryhmässä, joka on kohtuullisen kokoinen galaksikokoelma, noin 3 miljoonaa valovuotta laaja. Naapurimme, Kolmion galaksi (M33), kiertää lähellä Andromedaa ja saattaa myös joutua lopullisen törmäyksen vaikutuspiiriin. Pienemmät kääpiögalaksit (esim. Magellanin pilvet, erilaiset kääpiöt) sijaitsevat Paikallisen ryhmän reuna-alueilla ja voivat myös kokea vuorovesimuutoksia tai tulla yhdistyneen järjestelmän satelliiteiksi.

1.3 Aikaskaala ja törmäysdynamiikka

Simulaatiot viittaavat siihen, että Andromedan ja Linnunradan ensimmäinen ohitus tapahtuu noin 4–5 miljardin vuoden kuluttua, mahdollisesti johtaa useisiin läheisiin kohtaamisiin ennen lopullista fuusiota noin ~6–7 miljardin vuoden kuluttua. Näiden ohitusten aikana:

  • Vuorovesivoimat venyttävät kaasun ja tähtilevyt, mahdollisesti luoden vuorovesihäntiä tai rengasrakenteita.
  • Tähtien muodostus saattaa hetkellisesti lisääntyä päällekkäisillä kaasun alueilla.
  • Mustan aukon syöttö saattaa voimistua ydinalueilla, jos kaasu ohjautuu sisäänpäin.

Lopulta parin odotetaan asettuvan valtavan elliptiseksi tai linsulaariseksi tyyppiseksi galaksiksi, jota joskus kutsutaan nimellä “Milkomeda” yhdistetyn tähtisisällön vuoksi [3].

2. Mahdolliset lopputulokset Milkomeda-yhdistymisessä

2.1 Elliptinen tai jättimäinen spheroidijäännös

Suurten yhdistymisten—erityisesti saman massaluokan spiraalien välillä—tavallisesti tuhoavat kiekkojen rakenteet, johtuen paineen tukemasta spheroidista, joka on tyypillinen elliptisille galakseille. Milkomedan lopullinen muoto riippuu todennäköisesti:

  • Radageometria: Jos kohtaamiset ovat keskellä ja symmetrisiä, voi muodostua klassinen elliptinen.
  • Jäännöskaasu: Jos tarpeeksi kaasua jää kuluttamatta tai poistamatta, enemmän lentiikkamainen (S0) jäännös saattaa muodostaa pienen kiekon tai renkaan yhdistymisen jälkeen.
  • Pimeän halon massa: Linnunradan ja Andromedan yhdistetty halo määrittää gravitaatioympäristön, vaikuttaen siihen, miten tähdet jakautuvat uudelleen.

Korkeakaasupitoisten spiraalien simulaatiot osoittavat tähtipurkausjaksoja törmäysten aikana, mutta 4–5 miljardin vuoden kuluttua Linnunradan kaasureservi on pienempi kuin nyt, joten vaikka jonkin verran tähtien muodostuminen voisi käynnistyä, se ei välttämättä ole yhtä voimakasta kuin korkearesoluutioisissa kaasurikkaissa yhdistymisissä [4].

2.2 Keskuksen SMBH:n vuorovaikutukset

Linnunradan keskuksen musta aukko (Sgr A*) ja Andromedan suurempi musta aukko saattavat lopulta kiertyä yhteen dynaamisen kitkan kautta. Tämä mustien aukkojen yhdistyminen voisi vapauttaa voimakkaita gravitaatioaaltoja loppuvaiheissa (vaikka suhteellisen matalalla amplitudilla verrattuna massiivisempiin tai kaukaisempaan tapahtumiin). Yhdistynyt SMBH voisi sijaita lähellä elliptisen jäännöksen keskustaa, mahdollisesti loistaen AGN:nä, jos tarpeeksi kaasua virtaa sisään.

2.3 Aurinkokunnan kohtalo

Törmäyksen aikaan Aurinko on suunnilleen yhtä vanha kuin universumi nyt on, lähestyen vetypolton loppuaan. Auringon kirkkauden ennustetaan kasvavan, mikä saattaa tehdä Maasta elinkelvottoman riippumatta galaksien yhdistymisestä. Dynaamisesti aurinkokunta saattaa pysyä uuden galaksin keskuksen kiertoradalla, tai pienet radan häiriöt voivat siirtää sitä kauemmas haloon, mutta on epätodennäköistä, että se poistettaisiin fyysisesti tai kulutettaisiin mustan aukon toimesta [5].

3. Muut Paikallisen ryhmän galaksit ja satelliittikääpiöt

3.1 Triangulum-galaksi (M33)

M33, kolmanneksi suurin Paikallisen ryhmän spiraali, kiertää Andromedaa ja saattaa vetäytyä yhdistymisprosessiin. Radasta riippuen M33 saattaa yhdistyä Andromeda–Maaplaneetta-jäännökseen pian sen jälkeen tai hajota vuorovaikutuksessa. Havainnot osoittavat, että M33 on suhteellisen kaasurikas, joten jos se yhdistyy, se voisi lisätä myöhemmän tähtien muodostumisen purkauksen vastasyntyneeseen elliptiseen järjestelmään.

3.2 Kääpiösatelliittien vuorovaikutukset

Paikallinen ryhmä sisältää kymmeniä kääpiögalakseja (esim. Magellanic Clouds, Sagittarius Dwarf, LGS 3 jne.). Jotkut saattavat törmätä tai tulla sulautetuiksi yhdistyvän Milkomeda-galaksin toimesta. Miljardeissa vuosissa toistuvat pienemmät yhdistymiset kääpiöiden kanssa voivat edelleen kerätä tähtihaloja, paksuntaen lopullista järjestelmää. Nämä tapahtumat korostavat, kuinka hierarkkinen kokoaminen jatkuu jopa suurten spiraalien yhdistyttyä.

4. Pitkän aikavälin kosmologinen näkymä

4.1 Kiihtyvä laajeneminen ja galaktinen eristyneisyys

Milkomedan muodostumisen aikaskaalaa pidemmälle mentäessä kiihtyvä laajeneminen (pimeän energian ohjaama) tarkoittaa, että galaksit, jotka eivät ole jo gravitaation alaisia, loittonevat havaintokyvyn ulkopuolelle. Kymmenien miljardien vuosien aikana vain Paikallinen Ryhmä (tai sen jäljellä oleva osa) pysyy gravitaation alaisena, kun taas kaukaisemmat joukot liikkuvat poispäin nopeammin kuin valo ehtii kulkea. Lopulta Milkomeda ja kaikki sen kaappaamat satelliitit muodostavat ”saariuniversumin,” eristyneenä muista joukoista [6].

4.2 Tähtienmuodostuksen ehtyminen

Kosmisen ajan edetessä kaasun saatavuus vähenee. Yhdistymiset ja palautteet voivat lämmittää tai poistaa jäljellä olevan kaasun, ja vähemmän uutta kaasua virtaa kosmisista filamentteista myöhäisillä aikakausilla. Satojen miljardien vuosien aikana tähtienmuodostus laskee lähes nollaan, jättäen pääasiassa vanhempia, punaisempia tähtijäänteitä. Lopullinen elliptinen himmenee, valaistuna vain himmeillä punaisilla tähdillä, valkoisilla kääpiöillä, neutronitähdillä ja mustilla aukoilla.

4.3 Mustien aukkojen hallinta ja tähtijäänteet

Biljoonien vuosien kuluttua kaikki jäljellä olevat tähdet tai tähtijäänteet Milkomedassa himmenevät tai poistuvat. Pimeässä tulevaisuudessa suurimmat rakenteet ovat todennäköisesti mustia aukkoja (keskuksen SMBH plus tähtimassaiset jäänteet) ja harvaa haloainesta. Hawkingin säteily uskomattoman pitkillä aikaskaaloilla voisi jopa haihduttaa mustia aukkoja, vaikka tämä ylittää normaalit astrofysikaaliset aikakaudet [9, 10].

5. Havainnolliset ja teoreettiset näkemykset

5.1 Andromedan liikkeen seuranta

Hubble-avaruusteleskooppi mittasi Andromedan nopeusvektorit yksityiskohtaisesti, vahvistaen törmäyspolun, jossa on minimaalinen tangentin poikkeama. Lisätiedot Gaia-laitteelta tarkentavat Andromedan ja M33:n ratoja, selkeyttäen lähestymisgeometriaa [7]. Tulevat avaruusastrometrian missiot voivat edelleen tarkentaa törmäysaikojen ennusteita.

5.2 Paikallisen ryhmän N-kehon simulaatiot

NASA:n Goddard Space Flight Centerin ja muiden simulaatiot osoittavat, että ensimmäisen lähestymisen jälkeen noin 4–5 Gyr, Linnunrata ja Andromeda voivat kohdata useita kertoja, lopulta yhdistyen muutaman sadan miljoonan vuoden kuluessa muodostaen jättimäisen elliptisen kaltaisen järjestelmän. Nämä mallit seuraavat myös M33:n vuorovaikutuksia, jäljelle jäänyttä vuorovesijätettä ja mahdollisia ydin tähtienmuodostuksen purkauksia yhdistyvien keskusten alueella [8].

5.3 Ryhmän ulkopuolisten joukkojen kohtalo

Kosmisen kiihtymisen myötä paikalliset superjoukot irtautuvat meistä— kaukaiset joukot loittonevat havaintohorisonttimme taakse kymmenien miljardien vuosien aikana. Korkean punasiirtymän supernovien havainnot paljastavat, että pimeä energia hallitsee kosmista laajenemista, mikä tarkoittaa kiihtyvää vauhtia. Näin ollen, vaikka paikalliset galaksit yhdistyisivät, muu kosminen verkko hajoaa eristyneiksi ”saariuniversumeiksi.”

6. Milkomedan tuolla puolen: Lopulliset kosmiset aikaskaala

6.1 Universumin degeneroitunut aikakausi

Tähtien muodostumisen pysähtyessä galaksit (tai yhdistyneet järjestelmät) kehittyvät vähitellen ”degeneroituneen aikakauden” tilaan, jossa tähtijäänteet (valkoiset kääpiöt, neutronitähdet, mustat aukot) hallitsevat. Satunnaiset ruskeiden kääpiöiden tai tähtijäänteiden törmäykset saattavat ajoittain käynnistää vähäistä tähtien muodostumista tai valon välähdyksiä, mutta keskimäärin kosmos himmenee merkittävästi.

6.2 Mustien aukkojen mahdollinen hallinta

Riittävän pitkän ajan kuluessa (satoja miljardeja tai biljoonia vuosia) gravitaatiokohdat voivat poistaa monia tähtiä yhdistyneen galaksin halosta. Sillä välin SMBH:t pysyvät galaksien keskuksissa. Lopulta mustat aukot saattavat olla ainoat merkittävät gravitaatiolähteet autiossa kosmisessa avaruudessa. Hawkingin säteily uskomattoman pitkillä aikaskaaloilla voisi jopa haihduttaa mustia aukkoja, vaikka tämä ylittää normaalit astrofysikaaliset aikakaudet [9, 10].

6.3 Paikallisryhmän perintö

”Pimeän aikakauden” aikana Milkomeda olisi todennäköisesti yksi massiivinen elliptinen rakenne, joka sisältää Milky Wayn, Andromedan, M33:n ja kääpiöiden tähtijäänteet. Jos ulkoiset galaksit/klusterit ovat horisonttimme ulkopuolella, paikallisesti jäljelle jää vain tämä yhdistynyt saari, joka hitaasti himmenee kosmiseen yöhön.

7. Yhteenveto

Milky Way ja Andromeda ovat väistämättömällä tiellä kohti kosmista yhdistymistä, merkittävää galaktista yhdistymistä, joka muokkaa Paikallisryhmän ydintä. Noin 4–5 miljardin vuoden kuluttua nämä kaksi spiraalia aloittavat vuorovaikutuksen, johon kuuluu vuorovesihäiriöitä, tähtisyntyjä ja mustien aukkojen ruokintaa, huipentuen yhdeksi massiiviseksi elliptiseksi galaksiksi—”Milkomeda.” Pienemmät galaksit kuten M33 saattavat liittyä yhdistymiseen, kun taas kääpiögalaksit kulutetaan vuorovesivoimien vaikutuksesta tai integroidaan.

Katsoen vielä kauemmas tulevaisuuteen, kosminen kiihtyvyys eristää tämän jäänteen muista rakenteista, aloittaen galaktisen yksinäisyyden aikakauden, jolloin tähtien muodostuminen lopulta hiipuu. Kymmenien tai satojen miljardien vuosien aikana viimeiset kosmiset vaiheet tapahtuvat—tähdet kuolevat, mustat aukot hallitsevat, ja kerran rikas kosminen kudelma muuttuu pimeyden ja lepotilassa olevan massan laajaksi alueeksi. Silti seuraavien useiden miljardien vuosien ajan universumimme nurkka pysyy elinvoimaisena, ja lähestyvä Andromedan törmäys tarjoaa viimeiset upean ilotulituksen galaksien muodostumisessa Paikallisryhmässä.

Viitteet ja lisälukemista

  1. van der Marel, R. P., et al. (2012). ”The M31 Velocity Vector. III. Future Milky Way–M31–M33 Orbital Evolution, Merging, and Fate of the Sun.” The Astrophysical Journal, 753, 9.
  2. van der Marel, R. P., & Guhathakurta, P. (2008). ”M31 Transverse Velocity and Local Group Mass from Satellite Kinematics.” The Astrophysical Journal, 678, 187–199.
  3. Cox, T. J., & Loeb, A. (2008). ”The Collision Between the Milky Way and Andromeda.” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 386, 461–474.
  4. Hopkins, P. F., et al. (2008). “A unified, merger-driven model of the origin of starbursts, quasars, and spheroids.” The Astrophysical Journal Supplement Series, 175, 356–389.
  5. Sackmann, I.-J., & Boothroyd, A. I. (2003). “Our Sun. III. Present and Future.” The Astrophysical Journal, 583, 1024–1039.
  6. Riess, A. G., et al. (1998). “Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological Constant.” The Astronomical Journal, 116, 1009–1038.
  7. Gaia Collaboration (2018). “Gaia Data Release 2. Observational Hertzsprung–Russell diagrams.” Astronomy & Astrophysics, 616, A1.
  8. Kallivayalil, N., et al. (2013). “Third-epoch Magellanic Cloud proper motions. III. Kinematic history of the Magellanic Clouds and the fate of the Magellanic Stream.” The Astrophysical Journal, 764, 161.
  9. Adams, F. C., & Laughlin, G. (1997). “A Dying Universe: The Long Term Fate and Evolution of Astrophysical Objects.” Reviews of Modern Physics, 69, 337–372.
  10. Hawking, S. W. (1975). “Particle Creation by Black Holes.” Communications in Mathematical Physics, 43, 199–220.

 

← Edellinen artikkeli                    Seuraava aihe →

 

 

Takaisin ylös

Takaisin blogiin