Det finns flera frågor som håller oss vakna på natten, och de hänför sig till det slutliga ödet för hela kosmos. Stjärnor tänds, de ersätts av nya, de bränner också ut, och allt upprepas tills universumet är slut på bränsle. Galaxerna kommer att smälta samman och mata ut materien, och utrymmet mellan grupper och galaxklyngar kommer att expandera för alltid. Mörk energi orsakar att denna expansion inte bara är orubblig utan också accelererar. Men blir det slutet? Kan detta "stora gap" (när allt hamnar på ett oändligt långt avstånd från varandra) leda till en ny "big bang"? När universum expanderar tillräckligt snabbt för att riva isatomerna och separera kvarkarna från dem … Kommer en kvark-gluonsoppa att bildas?
Universumets öde står på spel, vad man än säger.
Vad finns det för universum i slutet?
Om du tittar på en avlägsen, slumpmässig galax i universum, är chansen stor att du kommer att se att dess glöd är rödare än de stjärnor som glöder i vår galax. Redan på 1920-talet upptäckte forskare att detta mönster bestod som en helhet: ju längre bort galaxen är från dig, desto rödare är dess ljus. I samband med den allmänna relativiteten blev det snabbt klart att detta berodde på att rymdmaterialets utvidgning över tiden utvidgades.
Nästa steg var att kvantifiera hur snabbt universum expanderade och hur denna takt förändrades med tiden. Anledningen till att detta var viktigt, ur en teoretisk synvinkel, är att historien för universums expansion har bestämt vad som fanns i det. Om du vill veta vad ditt universum består av, på dess största skalor, kommer du att mäta hur universum har expanderat under kosmisk tid.
Om ditt universum är fyllt med materia, kan du förvänta dig att expansionshastigheten minskar i proportion till hur mycket materie som utspäds. Om den är fylld med strålning kommer expansionshastigheten att sjunka ännu mer, eftersom själva strålningen rödförskjuts och förlorar ytterligare energi. Ett universum med rumslig krökning, kosmiska strängar eller energi i sig i rymden, kommer fortfarande att utvecklas på ett annat sätt, beroende på förhållandena för alla energikomponenter.
Kampanjvideo:
Baserat på hela uppsättningen av mätningar som vi kunde göra, inklusive variabla stjärnor, galaxer av olika typer och egenskaper och supernovaer av typ Ia, liksom den kosmiska mikrovågsbakgrunden och galaxklustering och korrelation, kunde vi fastställa exakt vad universum är gjord av. I synnerhet består det av:
- 68% från mörk energi;
- 27% mörk materia;
- 4,9% från vanlig materia;
- 0,09% neutrino;
- 0,01% strålning.
Plus eller minus en justering av några tiondels procent i båda fallen.
Vårt universum, som domineras av mörk energi, är särskilt intressant eftersom denna komponent inte fanns i universum, än mindre dess övervägande. Och ändå är vi här, 13,8 miljarder år efter Big Bang, och lever i ett universum där mörk energi driver universums expansion.
Det finns så många frågor kring mörk energi. Vad är dess natur? Var kommer det ifrån? Är det konstant eller förändras över tiden? Det finns inga definitiva svar, men allt tyder på att mörk energi är en kosmologisk konstant. Med andra ord, det uppträder som en ny form av energi inneboende i rymden själv. När universum expanderar skapar det ett nytt utrymme som innehåller samma enhetliga mängd mörk energi.
Hur som helst, detta är vår bästa utsikt hittills. Ur teoretisk synvinkel finns det flera kända sätt att skapa den kosmologiska konstanten, och därför kommer denna förklaring - så länge data är överens med det - att förbli den föredragna. Men det finns ingen anledning till att mörk energi inte kan vara mer komplex.
Det kan vara något som eroderar med tiden, blir mindre och mindre tätt, om än lite. Det kan vara något som ändrar tecken i en avlägsen framtid och leder till återupprättandet av universum i en stor klämma. Det kan också vara något som blir starkare med tiden, accelererar och expanderar universumet med tiden. Det är denna variation som leder till Big Rip-scenariot.
När vi pratar om någon komponent av energi i universum, pratar vi om dess ekvation av tillstånd, som beskriver hur det utvecklas över tiden i universum. Astrofysiker använder parametern w för detta, där w = 0 motsvarar materien, w = 1/3 motsvarar strålning, w = -1 motsvarar den kosmologiska konstanten.
Mörk energi verkar ha w = -1, men detta är inte korrekt. Exempelvis har nytt arbete från Subaru Hyper Suprime-Cam-samarbetet lagt till nya begränsningar för den mörka energikvationen för staten. Medan mörk energi matchar w = -1 ganska övertygande, finns det också spekulationer om att det kan vara ännu mer negativt. Om det verkligen är det - om det visar sig att w <-1 och inte är lika med -1 - så är Big Rip oundvikligt.
Om Big Rip är överhängande kommer inte bara det expanderande universum utan också avlägsna objekt att accelerera från oss snabbare och snabbare över tiden (på grund av mörk energi). Men föremål som hålls samman av någon grundkraft kommer så småningom att rivas isär av den ökande kraften av mörk energi.
Många miljarder år i framtiden kommer vår lokala grupp att se hur stjärnorna i utkanten kommer att kastas ut i rymden, eftersom de kommer att knytas tyngdkraft från vår framtida avlägsna galax: Milkomed. När tiden går kommer fler och fler stjärnor att kastas utåt tills strukturerna vi känner som galaxer kollapsar och blir en samling av miljarder oberoende stjärnor och stjärna lik.
Med tiden kommer planeterna att matas ut från sina solsystem eftersom mörk energi kommer att intensifieras och sedan även planeterna själva rivas isär. I de allra sista ögonblicken kommer föremål som hålls av atom- och molekylkrafter att rivas isär, elektroner kommer att rivas från deras atomer, atomkärnor kommer att sönderfalla och till och med själva kvarkarna kommer att separeras. Och sedan kommer de att spricka.
Väntar vi på en ny Big Bang?
Om Big Rip är en riktig modell för universums utveckling, kommer allt i universum att reduceras till de mest grundläggande komponenterna, på något sätt starkt motsvarande de första stadierna av Big Bang.
Men denna kvark-gluonplasma kommer att skilja sig från vad den var under Big Bang. Först är Big Bang varm och tät, och Big Rip kommer att vara extremt kallt och diffust. För det andra kännetecknas Big Bang av det faktum att all materia och energi i universum komprimeras till en liten rymdvolym, men i Big Rip kommer de att spridas över biljoner ljusår. Dessutom representerar Big Bang ett tillstånd av relativt låg entropi, men i Big Bang kommer entropin att vara 10 (till makten av 35) gånger mer än i Big Bang.
Men det finns hopp.
Kanske den mörka energin som kommer att leda till Big Rip kan starta om universum. Om styrkan hos mörk energi ökar, är denna mörka energi inneboende i rymdmaterialet självt, vilket innebär att det kan vara helt analogt med den tidiga perioden i vårt universums historia, då rymden expanderade i en enorm takt: kosmisk inflation. Inflation eliminerar all befintlig materia och energi i universumet, vilket bara lämnar utrymmet. Efter en inflationsperiod omvandlas energi på något sätt till partiklar, antipartiklar och strålning, vilket leder till Big Bang. Detta scenario har beaktats tidigare och är känt som ett föryngrat universum.
Om Big Rip är det sanna scenariot för universums slut, kommer det helt enkelt att riva all materia isär och universum kommer att vara väldigt tomt, men med en enorm mängd energi som ligger i själva rymden. Om energin är väldigt stor är det möjligt att rymdytan kommer att spricka - men detta är ett helt annat scenario.
Ilya Khel
