Una dintre cele mai importante realizări ale secolului XX a fost definirea precisă a cât de mare, vast și masiv este universul nostru. Cu aproximativ două trilioane de galaxii închise într-un volum de 46 miliarde de ani lumină pe rază, universul nostru observabil ne permite să reconstituim întreaga istorie a cosmosului nostru, până la Big Bang și poate chiar puțin mai devreme. Dar ce zici de viitor? Cum va fi universul? O sa?
Cineva spune că expansiunea universului încetinește. Premiul Nobel a fost acordat pentru „descoperirea” că expansiunea universului este în creștere. Dar cine are dreptate? Ar putea universul să se prăbușească într-o zi în procesul așa-numitei Big Compression (inversă Big Bang-ului)?
Comportamentul viitor este cel mai bine prezis pe baza comportamentului din trecut. Dar la fel cum oamenii ne pot surprinde uneori, și Universul poate.
Rata de expansiune a Universului la un moment dat depinde doar de doi factori: densitatea totală a energiei care există în spațiu-timp și cantitatea de curbură spațială prezentă. Dacă înțelegem legile gravitației și modul în care evoluează diferite tipuri de energie în timp, putem reconstitui tot ce s-a întâmplat într-un anumit moment din trecut. De asemenea, putem privi diferite obiecte îndepărtate la distanțe diferite și putem măsura modul în care lumina este întinsă datorită expansiunii spațiului. Fiecare galaxie, supernovă, nor molecular de gaze și altele asemenea - orice poate absorbi sau emite lumină - va spune povestea cosmică a modului în care expansiunea spațiului l-a întins din momentul în care s-a născut lumina până în momentul în care am observat-o.
Din multe observații independente, am putut concluziona în ce constă universul însuși. Am realizat trei mari lanțuri independente de observare:
- În fundalul cosmic cu microunde, există fluctuații de temperatură care codifică informații despre curbura universului, materia normală, materia întunecată, neutrini și densitatea totală.
- Corelațiile dintre galaxii la cele mai mari scale - cunoscute sub numele de vibrații acustice baryonice - oferă măsurători foarte riguroase ale densității totale a materiei, a raportului dintre materia normală și materia întunecată și modul în care viteza de expansiune s-a modificat în timp.
Video promotional:
„Și cele mai îndepărtate lumânări standard strălucitoare din Univers, supernova de tip Ia, ne spun despre viteza de expansiune și energia întunecată, cum s-au schimbat în timp.
Aceste lanțuri de dovezi, luate împreună, ne pictează o imagine coerentă a universului. Ei ne spun ce este în Universul modern și ne oferă o cosmologie în care:
- 4,9% din energia Universului este reprezentată de materia normală (protoni, neutroni și electroni);
- 0,1% din energia Universului există sub formă de neutrini masivi (care acționează ca materie în vremurile recente și au acționat ca radiații în timpurile timpurii);
- 0,01% din energia Universului există sub formă de radiații (cum ar fi fotonii);
- 27% din energia Universului există sub formă de materie întunecată;
- 68% din energie este inerentă spațiului în sine: energia întunecată.
Toate acestea ne oferă un Univers plat (cu o curbură de 0%), un Univers fără defecte topologice (monopoluri magnetice, șiruri cosmice, pereți de domeniu sau texturi cosmice), un Univers cu o istorie de expansiune cunoscută.
Ecuațiile relativității generale sunt foarte deterministe în acest sens: dacă știm din ce este făcut Universul astăzi și legile gravitației, știm exact cât de importantă a fost fiecare componentă la fiecare interval individual din trecut. La început, radiațiile și neutrinii dominau. Timp de miliarde de ani, cele mai importante componente au fost materia întunecată și materia normală. În ultimii câțiva miliarde de ani - și acest lucru se va înrăutăți în timp - energia întunecată a devenit factorul dominant în expansiunea universului. Acest lucru face ca universul să se accelereze și, din acel moment, mulți oameni încetează să înțeleagă ce se întâmplă.
Există două lucruri pe care le putem măsura atunci când vine vorba de expansiunea universului: rata de expansiune și rata la care galaxiile individuale, din punctul nostru de vedere, intră în perspectivă. Sunt rude, dar rămân diferite. Rata de expansiune, pe de o parte, vorbește despre modul în care țesătura spațiului în sine este întinsă în timp. Este întotdeauna definit ca viteză pe unitate de distanță, de obicei dată în kilometri pe secundă (viteză) pe megaparsec (distanță), unde un megaparsec este de aproximativ 3,26 milioane de ani lumină.
Dacă nu ar exista energie întunecată, rata de expansiune ar scădea cu timpul, apropiindu-se de zero, deoarece densitatea materiei și a radiației ar scădea la zero pe măsură ce volumul se extinde. Dar cu energia întunecată, această rată de expansiune rămâne dependentă de densitatea energiei întunecate. Dacă energia întunecată, de exemplu, ar fi o constantă cosmologică, rata de expansiune s-ar aplatiza la o valoare constantă. Dar, în acest caz, galaxiile individuale care se îndepărtau de noi s-ar accelera.
Imaginați-vă o viteză de expansiune de o anumită magnitudine: 50 km / s / Mpc. Dacă galaxia se află la o distanță de 20 Mpc de noi, pare să se retragă de la noi cu o viteză de 1000 km / s. Dar acordați-i timp și, pe măsură ce țesătura spațiului se extinde, această galaxie va fi în cele din urmă mai departe de noi. În timp, va fi de două ori mai mare: 40 Mpc, iar viteza de eliminare va fi de 2000 km / s. Va dura mai mult timp și va fi de 10 ori mai departe: 200 Mpc și viteza de eliminare de 10.000 km / s. În timp, se va îndepărta la o distanță de 6000 Mpc de noi și se va îndepărta cu o viteză de 300.000 km / s, care este mai rapidă decât viteza luminii. Cu cât trece mai mult timp, cu atât galaxia se va îndepărta mai repede de noi. De aceea Universul „accelerează”: rata de expansiune este în scădere, dar viteza galaxiilor individuale care se îndepărtează de noi crește doar.
Toate acestea sunt în concordanță cu cele mai bune măsurători ale noastre: energia întunecată este o densitate de energie constantă inerentă spațiului în sine. Pe măsură ce spațiul se întinde, densitatea energiei întunecate rămâne constantă, iar Universul se va termina într-o „Mare înghețare”, când tot ceea ce nu este legat împreună de gravitație (cum ar fi grupul nostru local, galaxia, sistemul solar) va divergen și va diverga. Dacă energia întunecată este cu adevărat o constantă cosmologică, această expansiune va continua la nesfârșit până când universul devine rece și gol.
Dar dacă energia întunecată este dinamică - ceea ce este teoretic posibil, dar fără dovezi observabile - s-ar putea termina într-o Big Squeeze sau Big Rip. În Marea Compresie, energia întunecată va slăbi și va inversa treptat expansiunea universului, astfel încât acesta să înceapă să se contracte. Poate exista chiar un univers ciclic, în care „compresia” dă naștere unui nou Big Bang. Dacă energia întunecată devine mai puternică, ne așteaptă o altă soartă, când structurile conectate vor fi sfâșiate de rata de expansiune care crește treptat. Cu toate acestea, astăzi totul indică faptul că Marea Așteptare ne așteaptă, când Universul se va extinde pentru totdeauna.
Principalele obiective științifice pentru observatoarele viitoare precum Euclidul ESA sau WFIRST al NASA includ măsurarea dacă energia întunecată este o constantă cosmologică. Și în timp ce teoria principală vorbește în favoarea energiei întunecate constante, este important să înțelegem că pot exista posibilități care nu sunt excluse de măsurători și observații. Aproximativ vorbind, universul încă se poate prăbuși și acest lucru este posibil. Sunt necesare mai multe date.
ILYA KHEL
