Οι 5 εποχές του σύμπαντος

Υπάρχουν πολλοί τρόποι για να εξετάσετε και να συζητήσετε το παρελθόν, το παρόν και το μέλλον του σύμπαντος, αλλά ένα συγκεκριμένα έχει εξάψει την φαντασία πολλών αστρονόμων. Δημοσιεύθηκε για πρώτη φορά το 1999 στο βιβλίο των Fred Adams και Gregory Laughlin, Οι Πέντε Εποχές του Σύμπαντος: Στο εσωτερικό της Φυσικής Αιωνιότητας όπου διαιρούσαν την ιστορία της ζωής του σύμπαντος σε πέντε εποχές:  Πρωταρχική εποχή, Εποχή των άστρων (στην οποία βρισκόμαστε σήμερα),  Εκφυλισμένη εποχή, Εποχή Μαύρης  Τρύπας, Σκοτεινή Εποχή. Το βιβλίο ενημερώθηκε για τελευταία φορά σύμφωνα με τις τρέχουσες επιστημονικές κατανοήσεις το 2019.

Εικόνα που βασίζεται σε λογαριθμικούς χάρτες του Σύμπαντος που έχουν συγκεντρωθεί από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Πρίνστον και εικόνες από τη NASA βασισμένες σε παρατηρήσεις που έγιναν από τα τηλεσκόπια τους και τα διαστημόπλοια

Η πρωταρχική εποχή

Από εκεί ξεκινάει το σύμπαν, αν και από πού προήλθε είναι σίγουρα ακόμα προς συζήτηση. Ξεκινάει από το Big Bang περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.  Για τις πρώτες απειροελάχιστες στιγμές, ο χωροχρόνος και οι νόμοι της φυσικής θεωρούνται ότι δεν υπήρχαν ακόμα. Αυτό το παράξενο, άγνωστο χρονικό διάστημα είναι η εποχή Planck που διήρκεσε μόλις 10 ^-44 δευτερόλεπτα. Πολλά από αυτά που πιστεύουμε σήμερα για την εποχή Πλανκ είναι θεωρητικά, βασίζονται σε μεγάλο βαθμό σε ένα υβρίδιο γενικής σχετικότητας και κβαντικών θεωριών που ονομάζεται κβαντική βαρύτητα. Και όλα υπόκεινται σε αναθεώρηση.

 

Τούτου λεχθέντος, μέσα σε ένα κλάσμα του δευτερόλεπτο μετά το Big Bang, ξεκίνησε ο πληθωρισμός, μια εποχή πολύ γρήγορης επέκτασης του σύμπαντος σε 100 τρισεκατομμύρια τρισεκατομμύρια φορές το αρχικό του μέγεθος.

 

Μέσα σε λίγα λεπτά, το καυτό πλάσμα που δημιουργήθηκε μέχρι τότε άρχισε να ψύχεται και άρχισαν να σχηματίζονται τα υποατομικά σωματίδια (κουάρκ και γκλουόνια) και να κολλάνε μαζί φτιάχνοντας τα πρωτόνια και νετρόνια. Στα 20 λεπτά μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, άρχισαν να σχηματίζονται άτομα στο υπερ-καυτό σύμπαν με σύντηξη. Η ψύξη προχωρούσε αδιάκοπα, αφήνοντας μας ένα σύμπαν που περιέχει κυρίως 75% υδρογόνο και 25% ήλιο, παρόμοιο με αυτό που βλέπουμε σήμερα στον Ήλιο μας. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια απορροφούσαν τα φωτόνια (μην επιτρέποντας τα να κυκλοφορούν), αφήνοντας έτσι το σύμπαν αδιαφανές.

 

Περίπου 380.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το σύμπαν είχε ψυχθεί αρκετά, τόσο ώστε να αρχίσουν να σχηματίζονται τα πρώτα σταθερά άτομα ικανά να επιβιώσουν. Τα ηλεκτρόνια έλκονται από τα πρωτόνια φτιάχνοντας έτσι άτομα υδρογόνου και ηλίου, οπότε μπόρεσαν τα φωτόνια να κυκλοφορούν ελεύθερα, οπότε φωτίστηκε για πρώτη φορά το σύμπαν. Αυτή η λάμψη ανακαλύφθηκε πριν 50 χρόνια περίπου, και είναι αυτή που οι αστρονόμοι εντοπίζουν σήμερα ως κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου.

 

Ο πληθωρισμός πιστεύεται ότι έχει συμβεί λόγω της αξιοσημείωτης ακρίβειας στη μέτρηση από τους αστρονόμους της ακτινοβολίας του κοσμικού υποβάθρου. Ο πληθωρισμός έφτιαξε τελικά ένα ενεργειακά σχεδόν ομαλό σύμπαν. Οι μικρότερες αρχικές ανωμαλίες που επιβίωσαν τελικά διευρύνθηκαν, φτιάχνοντας πυκνότερες περιοχές ενέργειας που χρησίμευσαν ως σπόροι για τον σχηματισμό αστεριών – η βαρύτητά τους τραβούσε τη σκοτεινή ύλη και την κανονική ύλη που τελικά συσσωματώθηκε στα πρώτα αστέρια.

 

Η σημερινή εποχή των άστρων

Είναι η εποχή που γνωρίζουμε καλά, η εποχή των άστρων, στην οποία η περισσότερη ύλη που υπάρχει στο σύμπαν παίρνει τη μορφή των άστρων και των γαλαξιών κατά τη διάρκεια αυτής της ενεργού περιόδου.

 

Ένα αστέρι σχηματίζεται όταν ένας θύλακας αερίου γίνεται πιο πυκνός και πυκνότερός μέχρι να καταπέσει η ύλη, να παράγει αρκετή θερμότητα για να πυροδοτήσει την πυρηνική σύντηξη στον πυρήνα της, την πηγή της περισσότερης ενέργειας του σύμπαντος τώρα. Τα πρώτα αστέρια ήταν τεράστια, που εξερράγησαν τελικά ως σουπερνόβες, σχηματίζοντας πολύ περισσότερα, μικρότερα αστέρια. Αυτά συνενώθηκαν, χάρη στη βαρύτητα, σε γαλαξίες.

 

Ένα αξίωμα της εποχής των άστρων (Stelliferous) είναι ότι όσο μεγαλύτερο είναι το αστέρι, τόσο πιο γρήγορα καίει στο εσωτερικό του ενέργεια και στη συνέχεια πεθαίνει, συνήθως σε μόλις δύο εκατομμύρια χρόνια. Τα μικρότερα αστέρια που καταναλώνουν ενέργεια πιο αργά παραμένουν ενεργά περισσότερο χρόνο. Σε κάθε περίπτωση, τα αστέρια – και οι γαλαξίες – ήρθαν και εξελίσσονται συνεχώς σε αυτή την εποχή, που καίγονται και συγκρούονται.

 

Οι επιστήμονες προβλέπουν ότι ο Γαλαξίας μας (Milkyway), για παράδειγμα, θα καταρρεύσει και θα συγχωνευτεί με τον γειτονικό γαλαξία Ανδρομέδα σε περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια για να σχηματιστεί ένας νέος γαλαξίας, που οι αστρονόμοι τον ονόμασαν γαλαξία Milkomeda.

 

Το ηλιακό μας σύστημα μπορεί πραγματικά να επιβιώσει σε αυτή τη συγχώνευση, και είναι εκπληκτικό, αλλά μην εφησυχάζετε και πολύ. Περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια αργότερα, ο Ήλιος θα αρχίσει να ξεμένει από το υδρογόνο και θα αρχίσει να φουσκώνει στην ερυθρή γιγαντιαία φάση του – θα γίνει ερυθρός γίγαντας, απορροφώντας τελικά τη Γη και τους συντρόφους της, προτού να συρρικνωθεί σε ένα λευκό νάνο αστέρι.

 

Η εκφυλισμένη εποχή: Όταν το σύμπαν σταματά να κάνει αστέρια

Ακολουθεί η εκφυλισμένη εποχή, η οποία θα ξεκινήσει περίπου 1 quintillion (10¹⁸) χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και θα διαρκέσει μέχρι 1 duodecillion (10³⁹) χρόνια μετά από αυτήν. Αυτή είναι η περίοδος κατά την οποία τα ερείπια – υπολείμματα των αστεριών που βλέπουμε σήμερα θα κυριαρχήσουν στο σύμπαν. Αν μπορούσαμε να κοιτάξουμε στον ουρανό θα δούμε ένα πολύ πιο σκοτεινό ουρανό με μόνο μια χούφτα σκοτεινών σημείων φωτός που απομένουν: λευκοί νάνοι , καφέ νάνοι και αστέρια νετρονίων. Αυτά τα “εκφυλισμένα αστέρια” είναι πολύ πιο ψυχρά και λιγότερο φωτεινά από αυτά που βλέπουμε εκεί επάνω. Περιστασιακά, τα αστρικά πτώματα θα ζευγαρώσουν κάνοντας σπειροειδείς θανατηφόρες τροχιές, που θα τα οδηγήσουν σε μια σύντομη έκρηξη ενέργειας καθώς θα συγκρουστούν, ενώ η συνδυασμένη μάζα τους μπορεί να γίνει άστρα χαμηλής ισχύος που θα διαρκέσουν για λίγη ώρα με όρους κοσμικής χρονικής διάρκειας. Αλλά ως επί το πλείστον ο ουρανός δεν θα έχει φως στο ορατό φάσμα.

Δηλαδή, όταν πεθάνουν τα τελευταία αστέρια, ο Κόσμος θα μετατραπεί σε ένα αβαθές τοπίο, με τρεμάμενα αστρικά υπολείμματα με ξεθωριασμένο τρεμάμενο φως, στο μη ορατό φάσμα.

 

Κατά τη διάρκεια αυτής της εποχής, οι μικροί καφέ νάνοι θα καταλήξουν να κατέχουν το μεγαλύτερο μέρος του διαθέσιμου υδρογόνου και οι μαύρες τρύπες ολοένα θα αναπτύσσονται, γιατί θα τροφοδοτηθούν με αστρικά κατάλοιπα. Με τόσο λίγα υδρογόνο γύρω από το σχηματισμό νέων αστεριών, το σύμπαν θα γίνεται ολοένα και πιο σκούρο και ψυχρότερο.

 

Και τότε τα πρωτόνια, που βρίσκονται τριγύρω από την αρχή του σύμπαντος, θα αρχίσουν να πεθαίνουν, διαλύοντας την βαρυονική ύλη, αφήνοντας πίσω τους ένα σύμπαν  υποατομικών σωματιδίων, την αθέατη ακτινοβολία … και τις μαύρες τρύπες.

 

Η εποχή της Μαύρης Τρύπας

Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι μαύρες τρύπες θα κυριαρχήσουν στο σύμπαν, έλκοντας όποια μάζα και ενέργεια παραμένει εκεί.

 

Τελικά, όμως, οι μαύρες τρύπες θα εξατμιστούν (ακτινοβολία Χόκινγκ), αν και πολύ αργά, διαρρέοντας έξω από αυτές μικρά κομμάτια του περιεχομένου τους. O αστρονόμος Philip Cary Plait εκτιμά ότι μια μικρή μαύρη τρύπα 50 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του ήλιου θα χρειαζόταν περίπου 10 ⁶⁸ χρόνια για να διαλυθεί. Μια πιο μαζική μαύρη τρύπα σε 10 ⁹²  χρόνια.

 

Όταν μια μαύρη τρύπα τελικά φτάσει στο τελευταίο της στάδιο, εμφανίζεται ένα μικρό αναδυόμενο φως αφήνοντας έξω κάποια παραμένουσα ενέργεια στο σύμπαν. Σε εκείνο το σημείο, στο 10 ⁹² , το σύμπαν θα είναι λίγο πολύ ιστορία, που περιέχει μόνο χαμηλής ενέργειας, πολύ ασθενή υποατομικά σωματίδια και φωτόνια.

 

Η σκοτεινή εποχή

Μπορούμε να το συνοψίσουμε αρκετά εύκολα. Θα σβήσουν όλα τα φώτα. Για πάντα.

 

Απόψε, αν είναι καθαρός ο ουρανός, ίσως θέλετε να βγείτε έξω, να πάρετε μια βαθιά ανάσα και να κοιτάξετε ψηλά, ευγνώμονες ότι ζούμε, εδώ που είμαστε και τώρα που είμαστε, παρά τις δυσκολίες της ημέρας. Έχουμε ένα τεράστιο χρονικό διάστημα εδώ, πολύ περισσότερο από όσο χρειαζόμαστε, έτσι ώστε να μην ανησυχείτε, και αυτά τα αστέρια δεν θα σβήσουν για μεγάλο χρονικό διάστημα.