Hay varias preguntas que nos mantienen despiertos por la noche y se relacionan con el destino final de todo el cosmos. Las estrellas se encienden, son reemplazadas por otras nuevas, también se queman y todo se repite hasta que el Universo se queda sin combustible. Las galaxias se fusionarán y expulsarán materia, y el espacio entre grupos y cúmulos de galaxias se expandirá para siempre. La energía oscura está haciendo que esta expansión no solo sea inexorable, sino que también se acelere. ¿Pero será este el final? ¿Podría esta "gran brecha" (cuando todo termina a una distancia infinitamente distante entre sí) conducir a un nuevo "big bang"? Cuando el Universo se expanda lo suficientemente rápido como para romper los átomos y separar los quarks de ellos … ¿Se formará una sopa de quarks y gluones?
Está en juego el destino del universo, digan lo que digan.
¿Qué le espera al universo al final?
norte
Si miras una galaxia distante y aleatoria en el universo, hay muchas posibilidades de que veas que su brillo es más rojo que el de las estrellas que brillan en nuestra galaxia. En la década de 1920, los científicos descubrieron que este patrón persistía en su conjunto: cuanto más lejos está la galaxia de usted, más roja es su luz. En el contexto de la relatividad general, rápidamente quedó claro que esto se debía a la expansión del tejido del espacio mismo a lo largo del tiempo.
El siguiente paso fue cuantificar qué tan rápido se expandía el universo y cómo esa tasa cambiaba con el tiempo. La razón por la que esto fue importante, desde un punto de vista teórico, es que la historia de la expansión del universo determinó lo que había en él. Si quieres saber de qué está hecho tu universo, en sus escalas más grandes, medir cómo se ha expandido el universo a lo largo del tiempo cósmico te ayudará.
Si su universo está lleno de materia, esperaría que la tasa de expansión disminuya en proporción a la cantidad de materia diluida. Si está lleno de radiación, la tasa de expansión disminuirá aún más, porque la radiación misma se desplaza al rojo y pierde energía adicional. Un universo con curvatura espacial, cuerdas cósmicas o energía inherente al espacio mismo, aún se desarrollará de manera diferente, dependiendo de las proporciones de todos los componentes energéticos.
Video promocional:
Basándonos en el conjunto completo de mediciones que pudimos hacer, incluidas estrellas variables, galaxias de diferentes tipos y propiedades y supernovas de tipo Ia, así como el fondo cósmico de microondas y la agrupación y correlación de galaxias, pudimos determinar exactamente de qué está hecho el universo. En particular, consta de:
- 68% de energía oscura;
- 27% de materia oscura;
- 4,9% de materia ordinaria;
- Neutrinos al 0,09%;
- 0,01% de radiación.
Más o menos algunas décimas de corrección porcentual en cada caso.
Nuestro Universo, que está dominado por la energía oscura, es especialmente interesante porque este componente no existía en el Universo, y mucho menos su predominio. Y, sin embargo, estamos aquí, 13.800 millones de años después del Big Bang, viviendo en un universo en el que la energía oscura está impulsando la expansión del universo.
Hay tantas preguntas en torno a la energía oscura. Cual es su naturaleza? ¿De dónde viene? ¿Es constante o cambia con el tiempo? No hay respuestas definitivas, pero todo indica que la energía oscura es una constante cosmológica. En otras palabras, se comporta como una nueva forma de energía inherente al propio espacio. A medida que el universo se expande, crea un nuevo espacio que contiene la misma cantidad uniforme de energía oscura.
De todos modos, esta es nuestra mejor vista hasta ahora. Desde un punto de vista teórico, hay varias formas conocidas de crear la constante cosmológica y, por lo tanto, esta explicación, siempre que los datos estén de acuerdo con ella, seguirá siendo la preferida. Pero no hay ninguna razón por la que la energía oscura no pueda ser más compleja.
Puede ser algo que se erosiona con el tiempo, volviéndose cada vez menos denso, aunque sea un poco. Podría ser algo que cambie de signo en un futuro lejano y lleve a la recreación del Universo en un Big Squeeze. También podría ser algo que se fortalezca con el tiempo, acelerando y expandiendo el universo con el tiempo. Es esta variación la que conduce al escenario Big Rip.
norte
Cuando hablamos de cualquier componente de la energía en el Universo, estamos hablando de su ecuación de estado, que describe cómo evoluciona con el tiempo en el Universo. Los astrofísicos usan el parámetro w para esto, donde w = 0 corresponde a la materia, w = 1/3 corresponde a la radiación, w = -1 corresponde a la constante cosmológica.
La energía oscura parece tener w = -1, pero esto no es exacto. Por ejemplo, un nuevo trabajo de la colaboración Subaru Hyper Suprime-Cam ha agregado nuevas restricciones a la ecuación de estado de la energía oscura. Si bien la energía oscura coincide con w = -1 de manera bastante convincente, también se especula que podría ser aún más negativa. Si realmente lo es, si resulta que w <-1 y no es igual a -1, entonces el Big Rip es inevitable.
Si el Big Rip es inminente, no solo el Universo en expansión, sino también los objetos distantes se acelerarán más y más rápido con el tiempo (debido a la energía oscura). Pero los objetos que se mantienen unidos por alguna fuerza fundamental eventualmente serán destrozados por la creciente fuerza de la energía oscura.
Muchos miles de millones de años en el futuro, nuestro grupo local verá cómo las estrellas en las afueras serán lanzadas al espacio, ya que se desatarán gravitacionalmente de nuestra futura galaxia distante: Milkomed. A medida que pasa el tiempo, más y más estrellas serán arrojadas hacia afuera hasta que las estructuras que conocemos como galaxias colapsen y se conviertan en una colección de miles de millones de estrellas y cadáveres estelares no relacionados.
Con el tiempo, los planetas serán expulsados de sus sistemas solares a medida que la energía oscura se intensifique y luego incluso los planetas mismos se romperán. En los últimos momentos, los objetos sostenidos por fuerzas atómicas y moleculares se romperán, los electrones serán arrancados de sus átomos, los núcleos atómicos se desmoronarán e incluso los quarks mismos se separarán. Y luego estallarán.
¿Estamos esperando un nuevo Big Bang?
Si el Big Rip es un modelo correcto para el desarrollo del Universo, todo en el Universo se reducirá a los componentes más fundamentales, que de alguna manera corresponden fuertemente a las primeras etapas del Big Bang.
Sin embargo, este plasma de quark-gluón será diferente de lo que era durante el Big Bang. Primero, el Big Bang es caliente y denso, y el Big Rip será extremadamente frío y difuso. En segundo lugar, el Big Bang se caracteriza por el hecho de que toda la materia y la energía del Universo se comprime en un pequeño volumen de espacio, pero en el Big Rip se dispersarán en billones de años luz. Además, el Big Bang representa un estado de entropía relativamente baja, pero en el Big Bang la entropía será 10 (elevado a 35) veces más que en el Big Bang.
Pero hay esperanza.
Quizás la energía oscura que conducirá al Big Rip pueda reiniciar el universo. Si la fuerza de la energía oscura aumenta, esta energía oscura es inherente al tejido del espacio mismo, lo que significa que puede ser completamente análoga al período temprano en la historia de nuestro Universo, cuando el espacio se expandía a un ritmo tremendo: la inflación cósmica. La inflación elimina toda la materia y energía preexistentes en el universo, dejando atrás solo el tejido del espacio. Después de un período de inflación, la energía se convierte de alguna manera en partículas, antipartículas y radiación, lo que conduce al Big Bang. Este escenario ha sido considerado antes y se conoce como un universo rejuvenecido.
Si el Big Rip es el verdadero escenario del fin del Universo, simplemente destrozará toda la materia y el Universo estará muy vacío, pero con una enorme cantidad de energía inherente al espacio mismo. Si la energía es muy grande, es posible que la misma estructura del espacio explote, pero este es un escenario completamente diferente.
Ilya Khel
