Ci sono diverse domande che ci tengono svegli la notte e riguardano il destino finale dell'intero cosmo. Le stelle si accendono, vengono sostituite da nuove, si bruciano anche e tutto si ripete finché l'Universo non esaurisce il carburante. Le galassie si fonderanno ed espelleranno materia e lo spazio tra i gruppi e gli ammassi di galassie si espanderà per sempre. L'energia oscura sta facendo sì che questa espansione non sia solo inesorabile, ma anche accelerata. Ma questa sarà la fine? Questo "grande divario" (quando tutto finisce a una distanza infinitamente distante l'uno dall'altro) potrebbe portare a un nuovo "big bang"? Quando l'Universo si espanderà abbastanza velocemente da lacerare gli atomi e separare i quark da essi … Si formerà una zuppa di quark e gluoni?
In gioco c'è il destino dell'universo, qualunque cosa si possa dire.
Cosa c'è in serbo per l'universo alla fine?
Se guardi una galassia distante e casuale nell'universo, è molto probabile che vedrai che il suo bagliore è più rosso di quello delle stelle che brillano nella nostra galassia. Negli anni '20, gli scienziati hanno scoperto che questo schema persisteva nel suo insieme: più la galassia è lontana da te, più rossa è la sua luce. Nel contesto della relatività generale, è diventato subito chiaro che ciò era dovuto all'espansione del tessuto dello spazio stesso nel tempo.
Il passo successivo è stato quantificare la velocità con cui l'universo si stava espandendo e come tale velocità è cambiata nel tempo. La ragione per cui questo era importante, da un punto di vista teorico, è che la storia dell'espansione dell'universo determinava cosa c'era in esso. Se vuoi sapere di cosa è fatto il tuo universo, alle sue scale più grandi, misurare come l'universo si è espanso nel tempo cosmico ti aiuterà.
Se il tuo universo è pieno di materia, ti aspetteresti che il tasso di espansione diminuisca in proporzione alla quantità di materia diluita. Se è pieno di radiazioni, il tasso di espansione diminuirà ancora di più, perché la radiazione stessa viene spostata verso il rosso e perde energia aggiuntiva. Un universo con curvatura spaziale, stringhe cosmiche o energia inerente allo spazio stesso, si svilupperà comunque in modo diverso, a seconda dei rapporti di tutte le componenti energetiche.
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Sulla base della serie completa di misurazioni che siamo stati in grado di effettuare, comprese stelle variabili, galassie di diversi tipi e proprietà e supernove di tipo Ia, nonché lo sfondo cosmico delle microonde e l'aggregazione e la correlazione delle galassie, siamo stati in grado di individuare esattamente di cosa è fatto l'universo. In particolare si compone di:
- 68% dall'energia oscura;
- 27% di materia oscura;
- 4,9% da materia ordinaria;
- Neutrini allo 0,09%;
- 0,01% di radiazioni.
In ogni caso, più o meno un aggiustamento di pochi decimi di percentuale.
Il nostro Universo, che è dominato dall'energia oscura, è particolarmente interessante perché questa componente non esisteva nell'Universo, per non parlare della sua predominanza. Eppure, siamo qui, 13,8 miliardi di anni dopo il Big Bang, a vivere in un universo in cui l'energia oscura sta guidando l'espansione dell'universo.
Ci sono così tante domande sull'energia oscura. Qual è la sua natura? Da dove viene? È costante o cambia nel tempo? Non ci sono risposte definitive, ma tutto indica che l'energia oscura è una costante cosmologica. In altre parole, si comporta come una nuova forma di energia insita nello spazio stesso. Man mano che l'universo si espande, crea un nuovo spazio che contiene la stessa quantità uniforme di energia oscura.
Comunque, questa è la nostra migliore vista finora. Da un punto di vista teorico, ci sono diversi modi noti per creare la costante cosmologica, e quindi questa spiegazione - purché i dati concordino con essa - rimarrà quella preferita. Ma non c'è motivo per cui l'energia oscura non potrebbe essere più complessa.
Può essere qualcosa che si erode nel tempo, diventando sempre meno denso, anche se un po '. Potrebbe essere qualcosa che cambia segno in un lontano futuro e porta alla ricreazione dell'Universo in una grande compressione. Potrebbe anche essere qualcosa che diventa più forte nel tempo, accelerando ed espandendo l'universo nel tempo. È questa variazione che porta allo scenario Big Rip.
Quando parliamo di qualsiasi componente di energia nell'Universo, stiamo parlando della sua equazione di stato, che descrive come si evolve nel tempo nell'Universo. Gli astrofisici usano il parametro w per questo, dove w = 0 corrisponde alla materia, w = 1/3 corrisponde alla radiazione, w = -1 corrisponde alla costante cosmologica.
L'energia oscura sembra avere w = -1, ma questo non è accurato. Ad esempio, il nuovo lavoro della collaborazione Subaru Hyper Suprime-Cam ha aggiunto nuovi vincoli all'equazione di stato dell'energia oscura. Sebbene l'energia oscura corrisponda a w = -1 in modo abbastanza convincente, si ipotizza anche che potrebbe essere ancora più negativa. Se lo è davvero - se risulta che w <-1 e non è uguale a -1 - allora il Big Rip è inevitabile.
Se il Big Rip è imminente, non solo l'Universo in espansione, ma anche gli oggetti distanti accelereranno da noi sempre più velocemente nel tempo (a causa dell'energia oscura). Ma gli oggetti tenuti insieme da una forza fondamentale verranno alla fine lacerati dalla forza crescente dell'energia oscura.
Molti miliardi di anni nel futuro, il nostro gruppo locale vedrà come le stelle alla periferia verranno lanciate nello spazio, poiché saranno slegate gravitazionalmente dalla nostra futura galassia lontana: Milkomed. Col passare del tempo, sempre più stelle verranno proiettate verso l'esterno fino a quando le strutture che conosciamo come galassie collasseranno e diventeranno una raccolta di miliardi di stelle non correlate e cadaveri stellari.
Nel tempo, i pianeti verranno espulsi dai loro sistemi solari poiché l'energia oscura si intensificherà e quindi anche i pianeti stessi verranno distrutti. Negli ultimi istanti, gli oggetti trattenuti dalle forze atomiche e molecolari verranno lacerati, gli elettroni verranno strappati dai loro atomi, i nuclei atomici si sbricioleranno e anche i quark stessi verranno separati. E poi scoppieranno.
Stiamo aspettando un nuovo Big Bang?
Se il Big Rip è un modello corretto per lo sviluppo dell'Universo, tutto nell'Universo sarà ridotto alle componenti più fondamentali, per certi versi fortemente corrispondenti alle prime fasi del Big Bang.
Tuttavia, questo plasma di quark-gluone sarà diverso da quello che era durante il Big Bang. Primo, il Big Bang è caldo e denso e il Big Rip sarà estremamente freddo e diffuso. In secondo luogo, il Big Bang è caratterizzato dal fatto che tutta la materia e l'energia nell'Universo sono compresse in un minuscolo volume di spazio, ma nel Big Rip saranno disperse in trilioni di anni luce. Inoltre, il Big Bang rappresenta uno stato di entropia relativamente bassa, ma nel Big Bang l'entropia sarà 10 (alla potenza di 35) volte più che nel Big Bang.
Ma c'è speranza.
Forse l'energia oscura che porterà al Big Rip può riavviare l'universo. Se la forza dell'energia oscura aumenta, questa energia oscura è inerente al tessuto dello spazio stesso, il che significa che può essere completamente analogo al primo periodo della storia del nostro Universo, quando lo spazio si stava espandendo a un ritmo tremendo: inflazione cosmica. L'inflazione elimina tutta la materia e l'energia preesistenti nell'universo, lasciando dietro di sé solo il tessuto dello spazio. Dopo un periodo di inflazione, l'energia viene in qualche modo convertita in particelle, antiparticelle e radiazioni, il che porta al Big Bang. Questo scenario è stato considerato in precedenza ed è noto come un universo ringiovanito.
Se il Big Rip è il vero scenario della fine dell'Universo, semplicemente farà a pezzi tutta la materia e l'Universo sarà molto vuoto, ma con un'enorme quantità di energia inerente allo spazio stesso. Se l'energia è molto grande, è possibile che il tessuto stesso dello spazio esploda, ma questo è uno scenario completamente diverso.
Ilya Khel
