Botsing van Andromeda en Melkweg

[Erithacus_Rubecula]

Hallo,

Ik zit al een tijdje met een vraag waar ik nu eindelijk een antwoord op zou willen.

Sinds Lemaître en Hubble weten we dat het heelal uitdijt en dat alle sterrenstelsel zich van elkaar verwijderen. Hoe verder een sterrenstelsel zich van de waarnemer bevindt, hoe sneller de uitdijen, maar allen verwijderen ze zich van elkaar.

Toch hoort men veel spreken over botsingen tussen sterrenstelsels. Prachtige beelden van de Hubble Space Telescope hebben onze zelf voorbeelden van zulke indrukwekkende botsing getoond. Ook van ons naburig stelsel "Andromeda" hoort men dat het zich met een rotvaart van zo'n 120 km/s naar ons toebeweegt en dat er dus een reële kans is dat het binnen een aantal miljarden jaar met onze melkweg "botst".

U ziet waar ik naartoe wil; terwijl alle melkwegstelsels zich van elkaar zouden verwijderen, zijn er toch uitzonderingen op regel. Hoe komt dit?

[eendavid]

Zie deze post, en dan vooral het deel t.e.m.

In werkelijkheid zitten clusters niet zo 'vast' aan de ruimte als krenten in een deeg. Daardoor is er een statistische afwijking op het verhaal: clusters die dichtbij zijn kunnen naar ons toe bewegen en dan zien we blauwverschuiving.

[CatchDude]

Ondanks dat het heelal uitdijt, gelden de wetten van de zwaartekracht nog steeds. Interacterende lichamen zullen daardoor nog steeds invloed op elkaar uit blijven oefenen, mits binnen bereik. Het Andromeda sterrenstelsel en onze Melkweg trekken elkaar aan, en daardoor is een botsing onvermijdelijk. Net zo goed dat als ik omhoog spring en direct daarna weer contact maak met de grond. Uiteindelijk zullen op deze manier onze Melkweg en het Andromedastelsel samensmelten tot een geheel.

Zo zijn er ook sterrenstelsel waarneembaar die met elkaar in botsing komen, zijn geweest of zijn. Deze staan zo ver van de Melkweg af dat de afstand tussen ons en hen wel toeneemt.

[eendavid]

Het is, voor alle duidelijkheid, niet correct om te zeggen dat de botsing komt door de gravitationele aantrekking. Er is bijvoorbeeld geen voorspelling voor een botsing met andere sterrenstelsels uit de locale groep.

[CatchDude]

In zo verre, dat onze Melkweg op dit moment botst/samensmelt met het Sagittarius dwerg-sterrenstelsel. Maar van een echte botsing is eigenlijk geen sprake omdat de materie in de sterrenstelsels zo verspreid is, dat de kansen op daadwerkelijke botsingen van materie erg gering zullen zijn; de stelsel zullen door elkaar heen bewegen en een soort zwaartekrachtsdans uitvoeren totdat een 'samensmelting' tot stand is gekomen.

Maar ik zie je punt Eendavid. Wellicht dat andere sterrenstelsels uit de localgroup uiteindelijk als een soort manen om een groot samengesmolten sterrenstelsel draaien? Het is tot nu toe nog niet eens echt zeker of een botsing met Andromeda wel gaat plaatsvinden; ondanks dat er aanduidingen zijn dat Andromeda en de Melkweg dichter bij elkaar komen, is het nog niet duidelijk of het uiteindelijk echt tot een botsing komt. ESA lanceert volgend jaar een meetinstrument die de berekening gaat ondersteunen om te bepalen of het tot een botsing komt of niet. (De naam is me even ontschoten).

[CatchDude]

Sagittarius dwerg-sterrenstelsel.

Excuus, ik doelde op het Canis Major dwerg sterrenstelsel...

[eendavid]

Wellicht dat andere sterrenstelsels uit de localgroup uiteindelijk als een soort manen om een groot samengesmolten sterrenstelsel draaien?

Inderdaad. De sterrenstelsels zijn aan elkaar gebonden vanwege de gravitationele interactie, en roteren dus rond hun gezamenlijk massamiddelpunt. Het is dus wel correct om te zeggen dat de sterrenstelsels die in onze cluster zitten niet van ons weg bewegen onder invloed van de expansie (in de uitleg van de link: het zijn de clusters die krenten zijn, niet de individuele sterrenstelsels), net zoals sterren uit ons eigen sterrenstel niet van ons weg bewegen onder invloed van de expansie. Dat er nu ook nog een botsing zou plaatsvinden, is toeval (als je wil, net zoals het toeval is dat een meteoriet op de aarde inslaat).

Bij processen zoals deze van het Canis Major dwergsterrenstelsel wordt de interactie tussen de sterrenstelsels veel belangrijker, in de zin dat we dat sterrenstelsel aan het opeten zijn. Dergelijke processen zijn ingewikkeld en inderdaad uiterst interessant.

[jkien]

... Wellicht dat andere sterrenstelsels uit de localgroup uiteindelijk als een soort manen om een groot samengesmolten sterrenstelsel draaien?...

Kijkend naar de redshift van de Andromedanevel ben ik er niet van overtuigd dat die gravitationeel gebonden is aan onze Melkweg. Volgens de Wikipedia is de redshift -300 km/s, ik neem aan dat dat geldt voor het zwaartepunt. Vanwege de tangentiele beweging is de eigenbeweging groter dan de redshift.

De ontsnappingssnelheid t.o.v. ons Melkwegstelsel is √(GM/D), waarin M de massa is van onze Melkweg, 2·10⁴²kg, en D de afstand, 780 kpc. Een online calculator die alle eenheden slikt geeft als ontsnappingssnelheid 100 km/s. Dus als de Andromedanevel bij deze aanstaande ontmoeting met de Melkweg geen botsing oplevert dan komt hij daarna niet meer terug.

(Hij is niet de enige, de Grote Magelhaense Wolk heeft ook een snelheid groter dan de ontsnappingssnelheid. Afstand 48 kpc, ontsnappingssnelheid 420 km/s. Ergens werd genoemd dat de eigen beweging van de Wolk 480 km/s bedraagt.)

[eendavid]

De bewering is dat andromeda gebonden is aan onze cluster, niet dat het gebonden is aan de melkweg. Maar dan nog is deze berekening geen sluitend argument. Zie wikipedia.

[jkien]

Ja, ik zie het, hier is dark matter nodig.

Ik vind overigens dat dat wikipedia-artikel helemaal geen negatief licht werpt op het berekenen van de ontsnappingssnelheid; de "te hoge" snelheden zijn in het artikel zelfs het eerste argument waarom dark matter gepostuleerd wordt. Tot nog toe besefte ik niet dat de simpele middelbare schoolformule voor de ontsnappingssnelheid geschikt is om zelf eventjes na te rekenen dat die snelheden "te hoog" zijn.

[eendavid]

Merk dus wel op dat de berekening hierboven niet correct is, en dat ik niet weet hoe dit te verbeteren (omdat je de snelheid loodrecht op de zichtslijn onbekend is, weet ik niet hoe je de snelheid ten opzichte van het massamiddelpunt kan berekenen). Sowieso zou ik het correct uitvoeren van deze berekening dus geen middelbare schoolwerk noemen.

Het artikel is natuurlijk niet correct om te beweren dat DM in de eerste plaats hiervoor is ingevoerd.

[CatchDude]

...omdat je de snelheid loodrecht op de zichtslijn onbekend is...

Wellicht kan hiervoor gegevens gebruikt worden van een volgend jaar door ESA te lanceren sateliet, volgens mij het Gaia project. (http://www.esa.int/esaSC/120377_index_0_m.html).

Gaia Mission: "To create the largest and most precise three dimensional chart of our Galaxy by providing unprecedented positional and radial velocity measurements for about one billion stars in our Galaxy and throughout the Local Group."

[eendavid]

unprecedented positional and radial velocity measurements

Maar het is de snelheid loodrecht op onze zichtslijn die moeilijk is, en die hebben we ook nodig voor de vermelde berekening. Het is allicht geen toeval dat daarvan geen sprake is in de quote die je aanhaalt.

[CatchDude]

Klopt, het gaat puur om de radiale snelheid. Maar wellicht, als Gaia zijn 3d kaart opbouwt over de jaren, dat de verschuiving van de diverse hemellichamen (parallax) daarin duidelijk moeten worden. Zou het niet zo kunnen zijn dat aan de hand van de waarneming van Gaia in ons melkwegstelsel en de rest van de local group zo'n 3d kaart de laterale beweging van onze buren duidelijker maakt?

[eendavid]

Gewoon om de zaken even duidelijk te hebben consulteerde ik deze bron.

radiele snelheid: −117 km/s (ik weet niet welke wikipediapagina jkien gebruikte, maar die is dus niet correct)

tangentiele snelheid: rond de 100 km/s, maar de richting is amper gelimiteerd (zie toppaneel uit figuur 2: het kan alles zijn binnen de stippellijnen en buiten de grijze zones). Dit werd berekend op basis van simulaties (met nog heel wat vereenvoudigende onderstellingen) die eisen dat tidal forces op een satellietsterrenstelsel van Andromeda het sterrenstelsel niet kapotrukken. De methode die Catchdude voorstelt werkt ook niet (gewoon omdat de tijd om dit effect te kunnen zien véél te groot is).

Wat waarden uit de literatuur halen is dus al niet mogelijk, en het omzetten naar cluster-coördinaten in plaats van naar melkweg-coördinaten is ook nog iets waar ik niet vertrouwd mee ben (maar dat zal wel makkelijk uit te klaren zijn).