Jak může vesmír skončit?
Vzdálenou budoucnost vesmíru odhadujeme z jeho rozpínání, složení a fyzikálních zákonů. Základní model ΛCDM vede k pokračujícímu rozpínání a postupnému vyhasínání. Jiné předpoklady o temné energii připouštějí také obrat ke smršťování nebo rozpad vázaných struktur.
© / kredit: Kosmologické novinky · Zdroj · Odborný podklad · CC BY 4.0 · Úpravy: vlastní schéma.
Co znamená konec vesmíru
V kosmologii tím můžeme myslet velmi různé děje: postupné vyčerpání možností pro vznik hvězd, zhroucení prostoru do hustého stavu nebo hypotetickou hranici, na níž model přestane dávat fyzikální smysl. Každý scénář vychází z určitého dalšího vývoje.
Dnes pozorujeme rozpínání, jehož pozdní zrychlování popisujeme pomocí temné energie. Pro výpočet velmi vzdálené budoucnosti musíme předpokládat, jak se tato složka bude chovat i v dalších epochách.
Big Freeze: postupné vyhasínání
Jestliže kosmologická konstanta zůstane kladná a její hustota energie stálá, bude se vesmír podle základního ΛCDM dál zrychleně rozpínat. Gravitačně nevázané oblasti se budou oddělovat a záření v rozpínajícím se prostoru bude chladnout.
Hvězdám postupně dojde palivo a zásoby plynu pro další hvězdnou tvorbu se ztenčí.
Po hvězdách zůstanou bílí trpaslíci, neutronové hvězdy a černé díry, vedle nich také chladnoucí planety a další menší tělesa. Část těchto objektů může časem splynout nebo skončit v černých dírách. Ty podle teorie Hawkingova záření postupně ztrácejí hmotnost a na nepředstavitelně dlouhých časových škálách se vypařují.
V obvyklém scénáři tak vzdálené budoucnosti zbývá stále řidší směs záření a rozptýlených částic. Osud zbývající hmoty závisí také na životnosti protonů: pokud se rozpadají, postupně zaniknou i tělesa, která jsou z nich složena. Pokud jsou stabilní, mohou některé chladné pozůstatky přetrvávat mnohem déle. Vesmír postupně směřuje ke stavu s velmi omezenými možnostmi dalších dějů, jako je vznik a svícení hvězd.
Označení Big Freeze, velké ochlazení, vyjadřuje tento dlouhý vývoj k řídkému, málo aktivnímu vesmíru. Tepelná smrt zdůrazňuje úbytek využitelných rozdílů teplot a dalších zdrojů práce.
Big Crunch: obrat ke smršťování
Některé modely připouštějí, že se rozpínání zastaví a měřítko vesmíru začne klesat. S rostoucí průměrnou hustotou se záření zahřívá a vývoj směřuje k hustému stavu. Tento scénář se nazývá Big Crunch, velké smrštění.
Může nastat například v některých modelech, kde se temná energie v budoucnu výrazně změní. Základní model s dnešní kladnou kosmologickou konstantou k takovému obratu nevede. Výpočty případného odrazu po smršťování vyžadují další předpoklady o fyzice při extrémních hustotách.
Big Rip: když růst hustoty energie rozruší struktury
Ve zvláštním scénáři zvaném Big Rip hustota temné energie během rozpínání roste. Její účinek může postupně překonat vazby držící pohromadě kupy, galaxie a nakonec i menší soustavy.
Známý jednoduchý příklad používá stálou hodnotu w menší než −1, kde w vyjadřuje poměr tlaku k hustotě energie. Při zachování tohoto chování model dosáhne extrémního rozpínání v konečném čase. Vlastnosti w a jejich měření přibližuje téma o proměnlivé temné energii.
Při Big Freeze hvězdy postupně vyhasínají a vesmír chladne; samotné rozpínání přitom neroztrhá gravitačně vázané soustavy, například galaxie nebo planetární systémy. Při Big Rip účinek temné energie naopak zesílí natolik, že postupně rozruší i tyto soustavy a v krajním případě také atomy. Rozdíl tedy spočívá v postupném vyhasínání a řídnutí oproti rozpadu samotných struktur.
Co můžeme rozhodnout měřením
Supernovy, rozložení galaxií a reliktní záření omezují dosavadní historii rozpínání. Porovnáním různých období zjišťujeme, zda je temná energie slučitelná s konstantou, nebo zda se objevují známky jejího vývoje.
Předpověď vzdáleného konce závisí na pokračování tohoto vývoje daleko za dobu dostupnou pozorování. Vědecky užitečné je proto porovnávat konkrétní scénáře a jejich podmínky.
Zdroje a další čtení
Proč je to zajímavé právě pro vás?
Budoucnost vesmíru propojuje měření dnešního rozpínání s otázkou, jak se bude chovat temná energie. Každý scénář konce je výsledkem konkrétních předpokladů, které můžeme postupně zpřesňovat.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)