Se sappiamo esattamente qualcosa del nostro universo, è che non è statico e cambia nel tempo. Cosa le riserva il futuro?
Oggi abbiamo un modello cosmologico standard che descrive bene la storia dell'universo quasi dal momento della sua nascita fino al nostro tempo. Inoltre, ora non ci sono seri motivi per credere che questo modello non possa servire come base per prevedere la successiva evoluzione del nostro mondo. È vero, ha concorrenti che offrono scenari completamente diversi per eventi futuri. Tuttavia, non disponiamo ancora di dati osservativi che indicherebbero una reale necessità non solo di rivedere il modello standard, ma anche di correggerlo seriamente.
Vuoto o brandelli
Ora sul futuro. Dal modello standard ne consegue che in un futuro molto lontano, il ruolo della gravità praticamente scomparirà e il tasso di espansione dell'Universo inizierà ad aumentare in modo esponenziale. Lo spazio esterno diventerà vuoto e sempre più veloce. Tuttavia, questa velocità aumenterà sempre in modo monotono, dall'era attuale alla fine dei tempi. Il Modello Standard esclude scenari in cui il vuoto perde stabilità e la sua densità di energia salta all'infinito in un tempo finito. In questo caso, anche il tasso di espansione dell'Universo tenderà all'infinito, il che porterà alla rottura e alla scomparsa di tutti gli oggetti materiali, dalle galassie e stelle agli atomi e ai nuclei atomici. Alcuni concorrenti del modello standard prevedono questo risultato, ma gli astronomi non hanno dati per supportare queste teorie. Onestamente,Io stesso non li prendo sul serio, si basano su una fisica molto insolita. Il Modello Standard è in ottimo accordo con le osservazioni e non ha senso abbandonarlo.
L'accelerazione dell'espansione dell'Universo significherà solo un aumento del tasso di espansione delle galassie. Poiché la densità dell'energia oscura non cambierà, non sarà in grado di distruggere galassie e altre strutture gravitazionalmente stabili che non impedisce l'esistenza nell'era attuale. Naturalmente, questo non significa che le galassie stesse rimarranno nella forma in cui esistono oggi. Nel tempo, tutte le stelle bruceranno combustibile da fusione e si trasformeranno in nane bianche, stelle di neutroni o buchi neri. I buchi cresceranno, fondendosi l'uno con l'altro e consumando resti stellari e gas interstellare. Tuttavia, questi e altri processi distruttivi avranno luogo senza la partecipazione dell'energia oscura.
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Allora cosa attende la nostra galassia, la Via Lattea? Si sta avvicinando alla vicina grande galassia a spirale Andromeda, ora a una velocità di 110 km / s. Tra 6 miliardi di anni, entrambe le galassie si fonderanno e formeranno un nuovo ammasso stellare, Milcomedou. Il Sole rimarrà all'interno di Milcomed, solo per spostarsi alla sua periferia rispetto alla sua attuale posizione nella Via Lattea. Per un'interessante coincidenza, proprio in quel momento brucerà idrogeno e intraprenderà il percorso di cambiamenti catastrofici, che finiranno con la sua trasformazione in una nana bianca.
Finora abbiamo parlato di un futuro abbastanza prossimo. Dopo la stabilizzazione, Milcomed manterrà la stabilità gravitazionale per periodi di tempo giganteschi, almeno mille volte l'attuale età dell'Universo. Ma sarà sola molto prima. In circa 100 miliardi di anni o poco dopo, tutte le galassie lontane che possiamo osservare oggi scompariranno dal suo firmamento. A quel punto, la velocità della loro espansione, causata dall'espansione dell'universo, supererà la velocità della luce, in modo che i fotoni che emettono non raggiungeranno mai Milcomed. Nel linguaggio della cosmologia, le galassie andranno irreversibilmente oltre il suo orizzonte degli eventi. La loro apparente luminosità diminuirà e alla fine svaniranno e si spegneranno. Quindi gli osservatori a Milcomed vedranno solo le sue stesse stelle, ovviamente solo quelle che per allora emetteranno ancora luce. Le nane rosse più leggere rimarranno attive per il tempo più lungo, ma in un massimo di 10 trilioni di anni cominceranno a morire anche loro.
Universo standard
Il Modello Standard afferma che nel nostro tempo l'Universo sta cambiando sotto l'influenza di due fattori principali: la gravità della materia ordinaria e oscura e l'effetto anti-gravitante dell'energia del vuoto diverso da zero, che è comunemente chiamata energia oscura.
Nella prima giovinezza dell'Universo, anche l'energia della radiazione elettromagnetica e dei flussi di neutrini ha dato un contributo significativo alla sua evoluzione. Ora il suo ruolo è molto piccolo, poiché la densità dell'energia radiante è estremamente bassa e, inoltre, è in costante calo a causa dell'espansione dello spazio esterno. Allo stesso tempo, la densità dell'energia oscura, come appare nel modello standard, rimane costante. Non diminuisce con l'espansione dell'Universo ed è già tre volte superiore alla densità in calo monotono della materia ordinaria e oscura. Pertanto, l'energia oscura sta causando un'espansione accelerata dell'universo, che non può essere contenuta dall'indebolimento della gravità delle galassie e dal mezzo intergalattico.
Piani strategici
Quando l'età dell'universo raggiunge i trilioni di anni, la lunghezza d'onda del CMB sarà uguale alla sua dimensione. Quindi, e ancora di più in seguito, nessun rivelatore sarà in grado di registrare questi fotoni ultrafreddi. Pertanto, qualsiasi osservatore, non importa quanto siano perfetti i loro strumenti, non sarà in grado di utilizzare la radiazione reliquia come fonte di informazioni astronomiche.
Ora il picco dello spettro di questi fotoni si trova nella gamma delle microonde e sono facilmente rilevabili dalla nostra apparecchiatura, fornendo le informazioni più importanti sulla storia primordiale dell'Universo. Il lontano futuro è ben oltre il modello cosmologico standard. Possiamo ragionevolmente presumere che i buchi neri in crescita assorbiranno una parte significativa sia della materia barionica che di quella oscura, ma cosa accadrà ai suoi resti, sparsi per le vaste distese dello spazio?
La fisica afferma che gli elettroni non sono soggetti a nessuna forma di decadimento, ma non esiste una tale certezza sui protoni. Secondo i dati moderni, l'emivita di un protone non può essere inferiore a 1034 anni: questo è molto, ma non ancora l'eternità. Inoltre non conosciamo il destino a lungo termine delle particelle di materia oscura, che non sono ancora state scoperte affatto. La previsione più probabile del futuro ultra-lontano si riduce al fatto che l'Universo diventerà estremamente vuoto e freddo fino quasi allo zero assoluto.
Come esattamente questo accadrà è ancora sconosciuto, qui tocca alla fisica fondamentale. Tuttavia, il futuro su scala trilioni di anni è abbastanza prevedibile sulla base del modello standard. Naturalmente, se alcune nuove proprietà vengono scoperte nel vuoto, questo scenario dovrà essere rivisto, ma questo è già fuori dalla speculazione.
Avi Loeb, professore, capo del dipartimento di astronomia presso l'Università di Harvard, direttore dell'Istituto di teoria e modellazione computerizzata, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Intervistato da: Alexey Levin, Oleg Makarov, Dmitry Mamontov
