Pokud víme něco přesně o našem vesmíru, je to, že není statické a v průběhu času se mění. Co pro ni budoucnost platí?
Dnes máme standardní kosmologický model, který dobře popisuje historii vesmíru téměř od okamžiku jeho narození až do dnešní doby. Navíc nyní neexistuje žádný vážný důvod se domnívat, že tento model nemůže sloužit jako základ pro předpovídání dalšího vývoje našeho světa. Je pravda, že má konkurenty, kteří nabízejí zcela jiné scénáře pro budoucí události. Zatím však nemáme observační data, která by naznačovala skutečnou potřebu nejen revidovat standardní model, ale dokonce jej vážně opravit.
Prázdnota nebo kousky
Nyní o budoucnosti. Ze standardního modelu vyplývá, že ve velmi vzdálené budoucnosti prakticky klesne role gravitace a rychlost expanze vesmíru exponenciálně vzroste. Vnější prostor bude prázdný a rychlejší a rychlejší. Tato rychlost se však bude vždy monotónně zvyšovat, od nynější doby do konce času. Standardní model vylučuje scénáře, ve kterých vakuum ztrácí stabilitu a jeho hustota energie skočí do nekonečna v konečném čase. V tomto případě bude mít expanze vesmíru také sklon k nekonečnu, což povede k prasknutí a zmizení všech hmotných objektů - od galaxií a hvězd k atomům a atomovým jádrům. Někteří konkurenti standardního modelu předpovídají tento výsledek, ale astronomové nemají žádná data na podporu těchto teorií. Upřímně řečeno,Já sám je neberu vážně, jsou založeny na velmi neobvyklé fyzice. Standardní model je ve vynikající shodě s pozorováními a nemá smysl jej opustit.
Zrychlující se expanze vesmíru bude znamenat pouze zvýšení rychlosti expanze galaxií. Protože hustota temné energie se nezmění, nebude schopna zničit galaxie a jiné gravitačně stabilní struktury, které nebrání existenci v současné době. To samozřejmě neznamená, že samotné galaxie zůstanou ve formě, v jaké dnes existují. Postupem času budou všechny hvězdy spalovat fúzní palivo a proměňují se v bílé trpaslíky, neutronové hvězdy nebo černé díry. Otvory porostou, spojí se navzájem a spotřebují hvězdné zbytky a mezihvězdný plyn. Tyto a další destruktivní procesy však proběhnou bez účasti temné energie.
Místní zprávy
Propagační video:
Co tedy čeká naše vlastní Galaxie, Mléčná dráha? Blíží se k sousední velké spirálové galaxii Andromeda - nyní rychlostí 110 km / s. Za 6 miliard let se obě galaxie sloučí a vytvoří nový hvězdokup, Milcomedou. Slunce zůstane uvnitř Milcomedu, jen aby se posunulo na svůj okraj ve srovnání se svou současnou pozicí na Mléčné dráze. Zajímavou shodou okolností spálí vodíkové palivo a vydá se na cestu kataklyzmatických změn, které skončí jeho přeměnou na bílého trpaslíka.
Zatím jsme mluvili o docela blízké budoucnosti. Po stabilizaci si Milcomed zachová gravitační stabilitu po gigantická časová období, nejméně tisíckrát současného věku vesmíru. Ale ona bude sama mnohem dříve. Asi za 100 miliard let nebo o něco později všechny vzdálené galaxie, které dnes můžeme pozorovat, zmizí z jeho klenby. Do té doby rychlost jejich expanze, způsobená expanzí vesmíru, překročí rychlost světla, takže fotony, které vysílají, nikdy nedosáhnou Milcomed. V kosmologickém jazyce budou galaxie nevratně překračovat horizont událostí. Jejich zjevná jasnost poklesne a nakonec všichni zmizí a zhasnou. Pozorovatelé v Milcomedu tedy uvidí pouze své vlastní hvězdy - samozřejmě jen ty, které do té doby budou emitovat světlo. Nejsvětlejší červení trpaslíci zůstanou aktivní po nejdelší dobu, ale za maximálně 10 bilionů let začnou také umírat.
Standardní vesmír
Standardní model tvrdí, že v naší době se vesmír mění pod vlivem dvou hlavních faktorů: gravitace obyčejné a temné hmoty a antigravitační účinek nenulové vakuové energie, která se běžně nazývá temná energie.
V rané mládí vesmíru významně přispěla k jeho vývoji energie elektromagnetického záření a toků neutrin. Nyní je jeho role velmi malá, protože hustota sálavé energie je extrémně nízká a navíc díky expanzi vesmíru neustále klesá. Hustota temné energie, jak se zdá ve standardním modelu, zůstává konstantní. S expanzí vesmíru se nesnižuje a je již třikrát vyšší než monotónně klesající hustota obyčejné a temné hmoty. Temná energie proto způsobuje zrychlující se expanzi vesmíru, které nemůže být obsaženo oslabující gravitací galaxií a intergalaktického média.
Strategické plány
Když věk vesmíru dosáhne bilionu let, bude se vlnová délka CMB rovnat jeho velikosti. Poté a ještě více později nebudou žádné detektory schopny registrovat tyto ultracoldové fotony. Proto pozorovatelé, bez ohledu na to, jak dokonalé jsou jejich nástroje, nebudou moci použít reliktivní záření jako zdroj astronomických informací.
Vrchol spektra těchto fotonů nyní leží v mikrovlnné oblasti a naše zařízení je snadno detekuje a poskytuje nejdůležitější informace o rané historii vesmíru. Daleká budoucnost je daleko za standardním kosmologickým modelem. Můžeme rozumně předpokládat, že rostoucí černé díry pohltí významnou část baryonické i temné hmoty, ale co se stane s jeho zbytkem rozptýleným po rozlehlém prostoru vesmíru?
Fyzika tvrdí, že elektrony nepodléhají žádné formě rozpadu, ale o protonech neexistuje žádná taková jistota. Podle moderních dat nemůže být poločas protonu kratší než 1034 let - to je hodně, ale stále ne věčnost. Rovněž neznáme dlouhodobý osud částic temné hmoty, které dosud nebyly vůbec objeveny. Nejpravděpodobnější predikce ultra-vzdálené budoucnosti se scvrkává na skutečnost, že vesmír bude extrémně prázdný a zchladí na téměř absolutní nulu.
Jak přesně se to stane, stále není známo, jde o základní fyziku. Budoucnost v měřítku bilionů je však na základě standardního modelu docela předvídatelná. Pokud budou ve vakuu objeveny některé nové vlastnosti, bude muset být tento scénář revidován, ale to již není spekulací.
Avi Loeb, profesor, vedoucí katedry astronomie na Harvardské univerzitě, ředitel Institutu pro teorii a počítačové modelování, Harvard-Smithsonianovo centrum pro astrofyziku.
Rozhovor: Alexey Levin, Oleg Makarov, Dmitrij Mamontov