Existem várias perguntas que nos mantêm acordados à noite e se relacionam com o destino final de todo o cosmos. As estrelas se iluminam, são substituídas por novas, também se apagam e tudo se repete até o Universo ficar sem combustível. As galáxias se fundirão e ejetarão matéria, e o espaço entre os grupos e aglomerados de galáxias se expandirá para sempre. A energia escura está fazendo com que essa expansão não seja apenas inexorável, mas também acelerada. Mas será esse o fim? Será que esse "grande vão" (quando tudo termina a uma distância infinitamente distante um do outro) pode levar a um novo "big bang"? Quando o Universo está se expandindo rápido o suficiente para separar os átomos e separar os quarks deles … Uma sopa de quark-gluon será formada?
Em jogo está o destino do universo, não importa o que se diga.
O que está reservado para o universo no final?
Se você olhar para uma galáxia distante e aleatória no universo, há grandes chances de você ver que seu brilho é mais vermelho do que o das estrelas que brilham em nossa galáxia. Na década de 1920, os cientistas descobriram que esse padrão persistia como um todo: quanto mais longe a galáxia está de você, mais vermelha sua luz. No contexto da relatividade geral, rapidamente ficou claro que isso se devia à expansão da própria estrutura do espaço ao longo do tempo.
A próxima etapa foi quantificar a velocidade com que o universo estava se expandindo e como essa taxa mudou ao longo do tempo. A razão pela qual isso foi importante, do ponto de vista teórico, é que a história da expansão do universo determinou o que havia nele. Se você quiser saber do que o seu universo é feito, em suas escalas maiores, medir como o universo se expandiu ao longo do tempo cósmico irá ajudá-lo.
Se o seu universo estiver cheio de matéria, você esperaria que a taxa de expansão diminuísse na proporção de quanta matéria está diluída. Se estiver cheio de radiação, a taxa de expansão cairá ainda mais, porque a própria radiação é desviada para o vermelho e perde energia adicional. Um universo com curvatura espacial, cordas cósmicas ou energia inerente ao próprio espaço, ainda se desenvolverá de uma maneira diferente, dependendo das relações de todos os componentes de energia.
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Com base no conjunto completo de medições que fomos capazes de fazer, incluindo estrelas variáveis, galáxias de diferentes tipos e propriedades e supernovas do Tipo Ia, bem como a radiação cósmica de fundo e o agrupamento e correlação de galáxias, fomos capazes de identificar exatamente do que o universo é feito. Em particular, consiste em:
- 68% da energia escura;
- 27% de matéria escura;
- 4,9% de matéria ordinária;
- 0,09% de neutrinos;
- Radiação de 0,01%.
Mais ou menos um ajuste de alguns décimos de por cento em cada caso.
Nosso Universo, que é dominado pela energia escura, é especialmente interessante porque esse componente não existia no Universo, muito menos sua predominância. E, no entanto, estamos aqui, 13,8 bilhões de anos após o Big Bang, vivendo em um universo no qual a energia escura está impulsionando a expansão do universo.
Existem muitas questões em torno da energia escura. Qual é a sua natureza? De onde isso vem? É constante ou muda com o tempo? Não há respostas definitivas, mas tudo indica que a energia escura é uma constante cosmológica. Em outras palavras, ele se comporta como uma nova forma de energia inerente ao próprio espaço. Conforme o universo se expande, ele cria um novo espaço que contém a mesma quantidade uniforme de energia escura.
De qualquer forma, esta é a nossa melhor visão até agora. Do ponto de vista teórico, existem várias maneiras conhecidas de criar a constante cosmológica e, portanto, esta explicação - desde que os dados concordem com ela - continuará a ser a preferida. Mas não há razão para que a energia escura não seja mais complexa.
Pode ser algo que se desgasta com o tempo, tornando-se cada vez menos denso, embora um pouco. Pode ser algo que mude de sinal em um futuro distante e leve à recriação do Universo em um Big Squeeze. Também pode ser algo que fica mais forte com o tempo, acelerando e expandindo o universo com o tempo. É essa variação que leva ao cenário Big Rip.
Quando falamos sobre qualquer componente de energia no Universo, estamos falando sobre sua equação de estado, que descreve como ela evolui ao longo do tempo no Universo. Os astrofísicos usam o parâmetro w para isso, onde w = 0 corresponde à matéria, w = 1/3 corresponde à radiação, w = -1 corresponde à constante cosmológica.
A energia escura parece ter w = -1, mas isso não é preciso. Por exemplo, um novo trabalho da colaboração Subaru Hyper Suprime-Cam adicionou novas restrições à equação de estado da energia escura. Embora a energia escura corresponda a w = -1 de forma bastante convincente, também há especulação de que ela poderia ser ainda mais negativa. Se realmente for - se acontecer que w <-1 e não igual a -1 - então o Big Rip é inevitável.
Se o Big Rip for iminente, não apenas o Universo em expansão, mas também objetos distantes irão acelerar de nós cada vez mais rápido com o tempo (devido à energia escura). Mas os objetos que são mantidos juntos por alguma força fundamental serão eventualmente dilacerados pela força crescente da energia escura.
Muitos bilhões de anos no futuro, nosso grupo local verá como as estrelas da periferia serão lançadas ao espaço, à medida que serão desamarradas gravitacionalmente de nossa futura galáxia distante: Milkomed. Conforme o tempo passa, mais e mais estrelas serão lançadas para fora até que as estruturas que conhecemos como galáxias entrem em colapso e se tornem uma coleção de bilhões de estrelas não relacionadas e corpos estelares.
Com o tempo, os planetas serão ejetados de seus sistemas solares à medida que a energia escura se intensificará e até os próprios planetas serão dilacerados. Nos últimos momentos, objetos mantidos por forças atômicas e moleculares serão despedaçados, elétrons serão arrancados de seus átomos, núcleos atômicos se desintegrarão e até mesmo os próprios quarks serão separados. E então eles explodirão.
Estamos esperando por um novo Big Bang?
Se o Big Rip for um modelo correto para o desenvolvimento do Universo, tudo no Universo será reduzido aos componentes mais fundamentais, em alguns aspectos correspondendo fortemente aos primeiros estágios do Big Bang.
No entanto, esse plasma de quark-gluon será diferente do que era durante o Big Bang. Primeiro, o Big Bang é quente e denso, e o Big Rip será extremamente frio e difuso. Em segundo lugar, o Big Bang é caracterizado pelo fato de que toda a matéria e energia no Universo são comprimidas em um pequeno volume de espaço, mas no Big Rip elas serão dispersas por trilhões de anos-luz. Além disso, o Big Bang representa um estado de entropia relativamente baixa, mas no Big Bang a entropia será 10 (à potência de 35) vezes mais do que no Big Bang.
Mas há esperança.
Talvez a energia escura que levará ao Big Rip possa reiniciar o universo. Se a força da energia escura aumenta, essa energia escura é inerente à própria estrutura do espaço, o que significa que pode ser completamente análogo ao período inicial da história de nosso Universo, quando o espaço se expandia a uma taxa tremenda: a inflação cósmica. A inflação elimina toda a matéria e energia pré-existentes no universo, deixando para trás apenas a estrutura do espaço. Após um período de inflação, a energia é de alguma forma convertida em partículas, antipartículas e radiação, o que leva ao Big Bang. Este cenário já foi considerado e é conhecido como um universo rejuvenescido.
Se o Big Rip é o verdadeiro cenário do fim do Universo, ele simplesmente rasgará toda a matéria e o Universo ficará muito vazio, mas com uma enorme quantidade de energia inerente ao próprio espaço. Se a energia for muito grande, é possível que a própria estrutura do espaço se rompa - mas este é um cenário completamente diferente.
Ilya Khel
