Quanta sobreposição terão a galáxia de Andrômeda e a Via Láctea quando colidirem?

Medições da mudança azul de Andrômeda permitem concluir que a distância entre a galáxia de Andrômeda e a Via Láctea está diminuindo e em alguns bilhões de anos eles "colidirão".

A mudança para o azul produz apenas o componente radial do vetor de velocidade de Andrômeda. Entendo que medir o componente tangencial é crucial para determinar se uma "colisão" realmente acontecerá (em um sistema de dois corpos gravitacionalmente vinculado, para que corpos semelhantes a pontos colidam, o componente de velocidade relativa deve apontar exatamente para o outro corpo, isto é, o componente tangencial deve desaparecer).

Agora, as galáxias não são pontuais, portanto, algum pequeno componente tangencial diferente de zero pode levar a uma colisão onde pelo menos alguns braços de galáxias se cruzam.

A velocidade tangencial foi medida? Se sim, como? Quão central é a colisão (bojo em bojo, bojo em braços, braços em braços)?

Esta página , de junho de 2012, contém um resumo bastante detalhado de três artigos que consideraram o problema da velocidade tangencial e da colisão. Vou citar alguns bits dessa página:

Andrômeda (M31) e a Via Láctea são as duas maiores galáxias do pequeno grupo de galáxias chamado Grupo Local. No momento, o M31 está a cerca de 770 kpc da nossa galáxia, mas as medições com Doppler das velocidades da linha de visão de suas estrelas há muito demonstram que ele está inexoravelmente caindo em nossa direção. A natureza exata da colisão, no entanto, até agora permaneceu desconhecida. Será uma falta, um golpe de relance ou um choque frontal? Isso depende do movimento adequado (movimento lateral) de Andrômeda no céu, o que é extremamente difícil de medir.

Por fim, os autores deste estudo conseguem coletar observações do Telescópio Espacial Hubble extraordinariamente precisas do movimento tangencial do M31 durante um período de cinco a sete anos, e esses dados removem qualquer dúvida de que a Andrômeda esteja destinada a atacar e se fundir com o nosso Caminho em quatro bilhões de anos. A galáxia Triangulum M33, a terceira galáxia mais massiva do grupo Local, ligada ao M31, provavelmente se juntará ao boom cósmico (com uma pequena chance de o M33 atingir a Via Láctea primeiro).

O resultado final é que o M31 tem uma velocidade radial em relação à Via Láctea de cerca de -109 km / s, e uma velocidade tangencial de cerca de 17,0 km / s (<34,3 km / s com confiança 1-sigma). Esses números implicam claramente que o vetor de velocidade da galáxia de Andrômeda é estatisticamente consistente com uma órbita radial (colisão frontal) em direção à Via Láctea. Isso significa que o sistema Via Láctea-M31 está ligado e que as duas galáxias se fundirão, conforme investigado mais adiante no Artigo III.

As simulações mostram que a Via Láctea e a galáxia de Andrômeda se fundirão, consistentemente com a órbita radial (colisão frontal) deduzida no Livro II do M31, e que o primeiro "pericentro" (aproximação mais próxima) ocorrerá a cerca de 4 Gyr de agora. Para a Via Láctea, o encontro tem 72,2% de probabilidade de progredir (a galáxia gira na mesma direção do sobrevôo). Em 41,0% das órbitas de Monte-Carlo, o M31 faz um impacto direto com a Via Láctea, onde os autores definem um “impacto direto” como um encontro com uma primeira distância do pericentro menor que 25 kpc. As duas galáxias eventualmente se fundirão após 5,9 Gyr, e o perfil de massa radial do remanescente da fusão será significativamente mais estendido do que os perfis individuais originais. Grosso modo, esse perfil seguirá o$R^{1/4}$ característica da lei das galáxias elípticas, de acordo com as previsões das simulações numéricas de grandes fusões de galáxias espirais.

Observarei que e que a Via Láctea tem apenas cerca de 100.000 ly de diâmetro, portanto a definição de "golpe direto" é bastante distância substancial aqui.$25 \text{ kpc} = 25,000 \text{ pc} \cong 81,540 \text{ ly}$