¿Por qué la galaxia de Andrómeda se acerca a la Vía Láctea?

No puedo ver de dónde sacas 20 millones de años luz. Ahora están a 2,5 millones de años luz de distancia y colisionarán dentro de unos 5.000 millones de años. Esto sugiere quizás que cuando se formaron hace unos 12.500 millones de años, podrían haber estado separados, como máximo, por 9 millones de años luz.

Ambas galaxias son de masa.$\sim 2\times 10^{42}$kg. Si estuvieran separados por 9 millones de años luz, cada uno sentiría una aceleración de aproximadamente$2\times 10^{-14}$EM$^2$. Incluso si esa aceleración se mantuviera uniforme (por supuesto, aumenta a medida que$1/r^2$), cubrirían la mitad de la distancia entre ellos en solo 70 mil millones de años. Por lo tanto, la fusión en una escala de tiempo de aproximadamente la edad actual del universo no es inesperada.

Una forma más general de pensar en esto es en términos de la típica escala de tiempo dinámica gravitacional$\tau \sim (G\bar{\rho})^{-1/2}$, dónde$\bar{\rho}$es la densidad media de una estructura. El grupo local de galaxias está dominado por Andrómeda y la Vía Láctea, tiene unos 10 millones de años luz de diámetro y contiene alrededor de$5\times 10^{42}$kg, entonces$\bar{\rho} \sim 10^{-26}$kg/m3$^{3}$y$\tau \sim 40$mil millones de años. Una vez más, esto sugiere una fusión después de$\sim 16$mil millones de años de evolución no es inesperado.

¿Podrían estar a 20 millones de años luz de distancia en algún momento y su gravedad comenzó a atraerse entre sí?

La gravedad tiene un alcance infinito. Se vuelve más y más débil a medida que te alejas, pero no hay un punto límite donde llegue a cero. Es una ley del "cuadrado inverso" y$1/r^2$es distinto de cero en arbitrariamente grande$r$.

En realidad, no sabemos si Andrómeda está en camino de colisión. Se acerca, pero en ausencia de una determinación precisa del movimiento propio, eso no implica una colisión. La gravedad no puede (por sí sola) explicar la aleatoriedad observada en las velocidades peculiares de las galaxias. Las galaxias se formaron a partir de nubes de gas. La conclusión debería ser que las velocidades peculiares ya se obtuvieron en las condiciones iniciales de formación de galaxias. Esto es natural ya que se espera que se generen altas velocidades en el gas en las condiciones del big bang. He considerado esto con cierta profundidad en Los efectos de la turbulencia generada en la nucleosíntesis del Big Bang.