Las galaxias no se desvían: para ver cómo ocurren las colisiones, necesitamos volver a la formación de galaxias desde el principio.
Entonces, sucede Big Bang. El espacio comienza a expandirse, dramáticamente y en gran medida. Eso es espacio en expansión, no galaxias moviéndose dentro del espacio, por cierto, las distancias cambian. (Por eso se llama expansión "métrica", métrica es un término para medidas de distancia, y también por qué los cosmólogos dicen que el Big Bang ocurrió "en todas partes").
En una pequeña fracción de segundo, la expansión masiva se reduce. El espacio continúa expandiéndose, pero a un ritmo mucho más lento. La última de las fuerzas fundamentales se separa, y el cosmos queda como una mezcla densa increíblemente caliente, tan caliente que incluso las partículas básicas como los protones, los neutrones y los electrones aún no pueden existir, aunque los quarks sí pueden existir.
Pero están sucediendo algunas cosas muy sutiles. Aunque la expansión nos dejó con un universo increíblemente uniforme y homogéneo, la densidad varía ligeramente entre los lugares. A medida que las cosas se enfrían y las partículas comienzan a condensarse (y aniquilarse, y otras cosas), el universo se queda con lo que los cosmólogos llaman ondas acústicas, básicamente ondas estacionarias. Y si alguna vez has visto videos de una bandeja de arena vibrando , sabrás que un efecto es que deja algunos lugares con más arena, algunos con menos, debido a los patrones de interferencia. Entonces nuestro universo termina, a medida que se expande, con algunas áreas más densas, otras menos densas.
Un segundo efecto entra en juego. Sabrás (o habrás oído hablar) de la materia oscura. No sabemos de qué está hecho, pero sabemos que existe (las galaxias no podrían formarse sin él, se separarían o tomarían más tiempo que la edad del universo para formarse), y sabemos mucho acerca de cómo se comporta: a qué fuerzas responde y a qué fuerzas no responde. Interactúa por gravedad, sí, muy débilmente. Interactúa a través de la fuerza electromagnética, no, para nada. Ese último bit es crucial.
Cuando la materia "ordinaria" colapsa, se calienta. Así es como obtenemos estrellas, por ejemplo. La radiación liberada durante el colapso también actúa como un tipo de presión, oponiéndose al colapso, ralentizándolo. Es por eso que las estrellas como nuestro sol son estables durante tanto tiempo. La materia oscura no interactúa electromagnéticamente (hasta donde sabemos), por lo que no puede experimentar ni crear radiación electromagnética. Entonces, cuando se colapsa, no se calienta, no libera radiación ... Creo que puedes ver a dónde va esto. No se libera radiación durante el colapso para resistir un colapso adicional, por lo que puede colapsar mucho más rápido que la materia ordinaria . Como un aparte, porqueno puede liberar radiación, tampoco puede deshacerse de la energía que debe eliminarse para permitir que se formen objetos densos. Por lo tanto, termina colapsando rápidamente a un "halo" difuso y difuso, pero luego no puede colapsar mucho más. Y no es de extrañar, se derrumba en aquellos lugares donde el universo era fraccionalmente más denso. Entonces obtienes lo que los cosmólogos llaman "filamentos" y "halos" de materia oscura, un poco como una esponja o un queso suizo, con "vacíos" comparativos que los separan. La materia ordinaria se siente más atraída por estos filamentos y halos de materia oscura ya existentes. Se derrumba hacia ellos. La gravedad de la materia ordinaria se ve reforzada por la gravedad debido a las concentraciones de materia oscura allí, y la materia ordinaria puede pierde energía por radiación, por lo que se colapsa más que la materia oscura, para formar las galaxias y sus contenidos que podemos ver hoy.
La gravedad puede hacer esto, porque la expansión del universo ahora se ha ralentizado tanto desde su "apogeo", que la gravedad puede juntar parte de la materia dentro del espacio más rápido de lo que la expansión puede agregar espacio entre ellos . Sobre distancias cósmicas, la gravedad es mucho más débil y la expansión domina, por lo que los cúmulos y supercúmulos aún se separan, pero dentro de los cúmulos, las galaxias y grupos de galaxias se aceleran por la gravedad lo suficiente como para que permanezcan en sus grupos y cúmulos, y se mueven alrededor o orbitar dentro de ellos.
Así que terminamos con un universo que, en una escala cósmica, vemos que la expansión "gana" a medida que la gravedad es débil, por lo que vemos supercúmulos que se separan. Pero dentro de los cúmulos y grupos de galaxias, vemos que la gravedad "gana" porque es más fuerte en distancias más pequeñas, por lo que los cúmulos y las entidades unidas gravitacionalmente como las galaxias permanecen juntas.
Lo que esto a su vez significa es que las galaxias y los grupos de galaxias están unidos por la gravedad más de lo que están separados por la expansión. Por lo tanto, siguen moviéndose dentro de sus grupos y grupos, a pesar de la expansión universal. Y, ocasionalmente, debido a que el movimiento de 3 o más cuerpos separados bajo la gravedad es caótico (y los cúmulos pueden contener miles de millones o billones de galaxias), galaxias enteras serán expulsadas, o colisionarán, o harán lo que hagan las galaxias. Y así es como sucede.
(Aunque no lo hizo, es una pregunta natural preguntarse qué sucede después. Creemos que la tasa de expansión se ha acelerado lentamente. Eso significa que en el futuro lejano (decenas y cientos de miles de millones de años), las galaxias lo harán tiene que estar aún más cerca, para que la gravedad domine la expansión. Por lo tanto, los cúmulos que son estables ahora, podrían romperse en el futuro lejano. Si la expansión se acelera lo suficiente, incluso los cuerpos más pequeños podrían finalmente romperse, tal vez las galaxias mismas, o incluso estrellas y átomos Pero eso es algo que nadie sabe).