12

Następny okres w historii Wszechświata to era obiektów zdegenerowanych -większość materii będzie istnieć w postaci obiektów zwartych, podtrzymywanych przez ciśnienie zdegenerowanych cząstek. Niebo nie będzie rozświetlane przez gwiazdy, choć od czasu do czasu rozjarzy je wybuch supernowej związanej z kolizją gwiazd. Takie kolizje następują w wyniku ewolucji układów podwójnych - ich orbity zawężają się poprzez emisję fal grawitacyjnych. Ponadto mogą zdarzyć się kolizje gwiazd w galaktykach. Są to zjawiska bardzo rzadkie, ale nie niemożliwe. Wszechświat nadal będzie się rozszerzał i odległości pomiędzy galaktykami zwiększą się wielokrotnie. Ten etap w historii Wszechświata będzie trwał długo - do czasu, kiedy stanie się ważny proces rozpadu protonu.

Protony są cząstkami bardzo stabilnymi (ich czas życia jest dłuższy niż 1032 lat), ale i one - jak sądzimy - po jakimś czasie muszą ulec rozpadowi. Załóżmy, że czas życia protonu wynosi 1037 lat. Po tym czasie obiekty zdegenerowane - białe karły i gwiazdy neutronowe - zaczną zanikać, gdyż protony, z których się składają, będą się rozpadać na pozytony i fotony, a pozytony będą anihilować z elektronami. Jest to proces bardzo długotrwały: typowa jasność białego karła czy gwiazdy neutronowej związana z rozpadem protonu odpowiada jasności kilku żarówek. Po 1037 latach we Wszechświecie pozostaną jedynie czarne dziury.

Wszechświat wejdzie wtedy w kolejną fazę - erę czarnych dziur. Ale i ta era nie będzie całkowicie mroczna. Czarne dziury, jak się okazuje, nie są kompletnie czarne, a to dzięki tak zwanemu promieniowaniu Hawkinga. Są one bardzo słabymi źródłami promieniowania termicznego. Takie promieniowanie powoduje, że czarne dziury wyparowują, gdyż promieniując, zmniejszają swoją energię, a co za tym idzie i masę. Tempo zaniku czarnych dziur jest bardzo powolne. Czarna dziura o masie Słońca będzie zanikać przez 1065lat. Czas zaniku czarnej dziury poprzez promieniowanie Hawkinga zmienia się jak trzecia potęga jej masy. Czarne dziury o masie naszej Galaktyki rozpadną sie po 10132 latach, a czarna dziura o masie równej masie wszystkich widocznych dziś galaktyk rozpadnie się po okresie 10132 lat. Wszechświat wówczas będzie wypełniony jedynie bardzo nisko energetycznymi fotonami oraz gazem elektronów i pozytonów. Sporadycznie para elektron- pozyton utworzy atom pozytonium, o rozmiarach być może nawet większych niż rozmiary naszej dzisiejszej Galaktyki. Taki atom będzie powoli schodził na coraz niższy poziom energetyczny, emitując wiele fotonów. Wszechświat będzie pusty i ciemny...

Wybiegając tak daleko w przyszłość, możemy być prawie pewni, że popełniamy jakiś błąd. Jest wiele pytań, na które nie znamy odpowiedzi. Być może rozwój fizyki i astronomii pomoże nam przewidzieć przyszłość Wszechświata. Już dziś wiemy, że Wszechświat nie tylko stale się rozszerza, ale też jego tempo rozszerzania nieustannie się zwiększa. Sądzimy, że jest to związane z istnieniem ciemnej energii, hipotetycznej materii o ujemnym ciśnieniu, która stanowi 70 procent materii we Wszechświecie. Jakie są jej własności? Czy Wszechświat będzie nadal rozszerzał się coraz szybciej? Czy ciemna materia będzie ewoluować, rozpadać się na inne cząstki? Jaki to będzie miało wpływ na przyszłość Wszechświata? Czy Wszechświat czeka dalsze rozszerzanie, czy raczej kolaps? A może przyspieszone rozszerzanie doprowadzi do fragmentacji Wszechświata? Te pytania będą zajmować naukowców jeszcze bardzo długo. Myśląc jednak o przyszłości Wszechświata, możemy się cieszyć, że widzimy i poznajemy Kosmos w epoce gwiazdowej, kiedy można w nocy oglądać rozgwieżdżone niebo!

Kliknij, aby zobaczyć powiększenie
Ryc. 4. Historia i przyszłość Wszechświata w skrócie (oś czasu w postaci pseudologarytmicznej): mniej więcej 107 lat po Wielkim Wybuchu pojawiają się pierwsze gwiazdy; kiedy wiek Wszechświata osiągnie 1014 lat, ostatnie gwiazdy zgasną, rozpocznie się era obiektów zdegenerowanych, która będzie trwała do czasu rozpadu protonu; później Wszechświat wypełniać będą jedynie powoli rozpadające się czarne dziury.
Literatura
Fred Adams, Greg Laughlin, The Five Ages of the Universe. Inside the Physics of Eternity. Free Press, Nowy Jork 2000.
 
 
12
powrót na górę strony
Wykład
Ziemia, Gwiazdy, Galaktyki i przyszłość Wszechświata
Strona
2/2
Autor
Wydział Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego
Kliknij nazwisko autora, aby zobaczyć notkę biograficzną w serwisie Nauka Polska