Si sabemos algo exactamente sobre nuestro universo, es que no es estático, cambia con el tiempo. ¿Qué le depara el futuro?
Hoy tenemos un modelo cosmológico estándar que describe bien la historia del universo casi desde el momento de su nacimiento hasta nuestro tiempo. Además, ahora no hay ninguna razón seria para creer que este modelo no pueda servir de base para predecir la evolución posterior de nuestro mundo. Es cierto que tiene competidores que ofrecen escenarios completamente diferentes para eventos futuros. Sin embargo, todavía no tenemos datos de observación que indiquen una necesidad real no solo de revisar el modelo estándar, sino incluso de corregirlo seriamente.
Vacío o jirones
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Ahora sobre el futuro. Del modelo estándar se deduce que en un futuro muy lejano, el papel de la gravedad prácticamente desaparecerá y la tasa de expansión del Universo comenzará a aumentar exponencialmente. El espacio exterior se vaciará cada vez más rápido. Sin embargo, esta velocidad siempre aumentará de manera monótona, desde la era actual hasta el fin de los tiempos. El modelo estándar excluye escenarios en los que el vacío pierde estabilidad y su densidad de energía salta al infinito en un tiempo finito. En este caso, la tasa de expansión del Universo también tenderá al infinito, lo que conducirá a la ruptura y desaparición de todos los objetos materiales, desde galaxias y estrellas hasta átomos y núcleos atómicos. Algunos competidores del Modelo Estándar predicen este resultado, pero los astrónomos no tienen datos que respalden estas teorías. Honestamente,Yo mismo no los tomo en serio, se basan en una física muy inusual. El modelo estándar está en excelente acuerdo con las observaciones y no tiene sentido abandonarlo.
La expansión acelerada del Universo solo significará un aumento en la tasa de expansión de las galaxias. Dado que la densidad de la energía oscura no cambiará, no podrá destruir galaxias y otras estructuras gravitacionalmente estables que no impida que existan en la era actual. Por supuesto, esto no significa que las galaxias mismas permanecerán en la forma en que existen hoy. Con el tiempo, todas las estrellas quemarán combustible de fusión y se convertirán en enanas blancas, estrellas de neutrones o agujeros negros. Los agujeros crecerán, fusionándose entre sí y consumiendo restos estelares y gas interestelar. Sin embargo, estos y otros procesos destructivos se llevarán a cabo sin la participación de la energía oscura.
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Entonces, ¿qué le espera a nuestra propia galaxia, la Vía Láctea? Se está acercando a la vecina gran galaxia espiral Andrómeda, ahora a una velocidad de 110 km / s. Después de 6 mil millones de años, ambas galaxias se fusionarán y formarán un nuevo cúmulo de estrellas, Milcomedou. El Sol permanecerá dentro de Milcomed, solo para moverse a su periferia en comparación con su posición actual en la Vía Láctea. Por una interesante coincidencia, justo entonces quemará hidrógeno como combustible y emprenderá el camino de cambios cataclísmicos, que terminará en su transformación en una enana blanca.
Hasta ahora, hemos hablado de un futuro bastante cercano. Después de la estabilización, Milcomed mantendrá la estabilidad gravitacional durante períodos de tiempo gigantescos, al menos mil veces la edad actual del Universo. Pero estará sola mucho antes. En unos 100 mil millones de años o un poco más tarde, todas las galaxias distantes que podemos observar hoy desaparecerán de su firmamento. En ese momento, la velocidad de su expansión, provocada por la expansión del Universo, superará la velocidad de la luz, por lo que los fotones que emiten nunca llegarán a Milcomed. En el lenguaje de la cosmología, las galaxias irán irreversiblemente más allá de su horizonte de eventos. Su brillo aparente disminuirá y eventualmente todos se desvanecerán y se apagarán. Entonces, los observadores en Milcomed solo verán sus propias estrellas, por supuesto, solo aquellas que todavía emitirán luz para entonces. Las enanas rojas más claras permanecerán activas durante más tiempo, pero en un máximo de 10 billones de años también comenzarán a morir.
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Universo estándar
El Modelo Estándar afirma que en nuestro tiempo el Universo está cambiando bajo la influencia de dos factores principales: la gravedad de la materia oscura y ordinaria y el efecto anti-gravitante de la energía del vacío distinta de cero, que comúnmente se llama energía oscura.
En la primera juventud del Universo, la energía de la radiación electromagnética y los flujos de neutrinos también contribuyeron de manera significativa a su evolución. Ahora su papel es muy pequeño, ya que la densidad de la energía radiante es extremadamente baja y, además, está disminuyendo constantemente debido a la expansión del espacio exterior. Al mismo tiempo, la densidad de energía oscura, como aparece en el modelo estándar, permanece constante. No disminuye con la expansión del Universo y ya es tres veces mayor que la densidad que cae monótonamente de la materia ordinaria y oscura. Por tanto, la energía oscura está provocando una expansión acelerada del universo, que no puede ser contenida por la gravedad debilitada de las galaxias y el medio intergaláctico.
Planes estrategicos
Cuando la edad del universo alcance un billón de años, la longitud de onda del CMB será igual a su tamaño. Entonces, y más tarde, ningún detector podrá registrar estos fotones ultrafríos. Por lo tanto, cualquier observador, sin importar cuán perfectos sean sus instrumentos, no podrá utilizar la radiación de la reliquia como fuente de información astronómica.
Ahora, el pico del espectro de estos fotones se encuentra en el rango de microondas, y nuestro equipo los detecta fácilmente, proporcionando la información más importante sobre la historia temprana del Universo. El futuro lejano está mucho más allá del modelo cosmológico estándar. Podemos suponer razonablemente que los agujeros negros en crecimiento absorberán una parte significativa de la materia bariónica y oscura, pero ¿qué pasará con su remanente, esparcido por las vastas extensiones del espacio?
La física afirma que los electrones no están sujetos a ninguna forma de desintegración, pero no existe tal certeza sobre los protones. Según datos modernos, la vida media de un protón no puede ser inferior a 1034 años; esto es mucho, pero aún no la eternidad. Tampoco conocemos el destino a largo plazo de las partículas de materia oscura, que aún no se han descubierto en absoluto. La predicción más probable del futuro ultralejano se reduce al hecho de que el Universo se volverá extremadamente vacío y frío hasta casi el cero absoluto.
Aún se desconoce cómo ocurrirá exactamente esto, aquí depende de la física fundamental. Sin embargo, el futuro en una escala de billones de años es bastante predecible según el modelo estándar. Por supuesto, si se descubren nuevas propiedades en el vacío, este escenario tendrá que revisarse, pero esto ya está fuera de la especulación.
Avi Loeb, profesor, jefe del Departamento de Astronomía de la Universidad de Harvard, director del Instituto de Teoría y Modelado Computacional del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica.
Entrevistado por: Alexey Levin, Oleg Makarov, Dmitry Mamontov
