La mayoría de las observaciones sugieren que la expansión del universo continuará para siempre. Si es así, entonces una teoría popular es que el universo se enfriará a medida que se expanda, y eventualmente se volverá demasiado frío para sostener la vida . Por esta razón, este escenario futuro que alguna vez se llamó popularmente " Heat Death " ahora se conoce como "Big Chill" o "Big Freeze". [1] [2]
Si la energía oscura —representada por la constante cosmológica , una densidad de energía constante que llena el espacio de manera homogénea, [3] o campos escalares , como la quintaesencia o los módulos , cantidades dinámicas cuya densidad de energía puede variar en el tiempo y el espacio— acelera la expansión del universo, entonces el espacio entre los cúmulos de galaxias crecerá a un ritmo creciente. Redshift extenderá los fotones entrantes antiguos (incluso los rayos gamma) a longitudes de onda indetectablemente largas y bajas energías. [4] Se espera que las estrellas se formen normalmente durante 10 12 a 1014 (1–100 billones) de años, pero finalmente se agotará el suministro de gas necesario para la formación de estrellas . A medida que las estrellas existentes se quedan sin combustible y dejan de brillar, el universo se oscurecerá lenta e inexorablemente. [5] [6] De acuerdo con las teorías que predicen la desintegración de protones , los remanentes estelares que quedan desaparecerán, dejando solo agujeros negros , que finalmente desaparecen a medida que emiten radiación de Hawking . [7] En última instancia, si el universo alcanza el equilibrio termodinámico , un estado en el que la temperatura se acerca a un valor uniforme, no hay más trabajoserá posible, resultando en una muerte térmica final del universo. [8]
La expansión infinita no determina la curvatura espacial general del universo . Puede ser abierto (con curvatura espacial negativa), plano o cerrado (curvatura espacial positiva), aunque si está cerrado, debe haber suficiente energía oscura para contrarrestar las fuerzas gravitatorias o, de lo contrario, el universo terminará en un Big Crunch . [9]
Las observaciones de la radiación cósmica de fondo realizadas por la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson y la misión Planck sugieren que el universo es espacialmente plano y tiene una cantidad significativa de energía oscura . [10] [11] En este caso, el universo debería continuar expandiéndose a un ritmo acelerado. La aceleración de la expansión del universo también ha sido confirmada por observaciones de supernovas distantes . [9] Si, como en el modelo de concordancia de la cosmología física (lambda-materia oscura fría o ΛCDM), la energía oscura tiene la forma de una constante cosmológica, la expansión eventualmente se volverá exponencial, con el tamaño del universo duplicándose a una tasa constante.
Si la teoría de la inflación es cierta, el universo pasó por un episodio dominado por una forma diferente de energía oscura en los primeros momentos del Big Bang; pero la inflación terminó, indicando una ecuación de estado mucho más complicada que las supuestas hasta ahora para la energía oscura actual. Es posible que la ecuación de estado de la energía oscura pueda volver a cambiar dando como resultado un evento que tendría consecuencias extremadamente difíciles de parametrizar o predecir. [ cita requerida ]
En la década de 1970, el astrofísico Jamal Islam [12] y el físico Freeman Dyson estudiaron el futuro de un universo en expansión . [13] Luego, en su libro de 1999 Las cinco edades del universo , los astrofísicos Fred Adams y Gregory Laughlin dividieron la historia pasada y futura de un universo en expansión en cinco eras. La primera, la Era Primordial , es el tiempo en el pasado justo después del Big Bang cuando las estrellas aún no se habían formado. La segunda, la Era Estelífera , incluye la actualidad y todas las estrellas y galaxias .ahora visto Es el tiempo durante el cual las estrellas se forman a partir del colapso de las nubes de gas . En la Era Degenerada subsiguiente , las estrellas se habrán quemado, dejando todos los objetos de masa estelar como remanentes estelares : enanas blancas , estrellas de neutrones y agujeros negros . En la Era del Agujero Negro , las enanas blancas, las estrellas de neutrones y otros objetos astronómicos más pequeños han sido destruidos por la desintegración de protones , dejando solo agujeros negros. Finalmente, en la Era Oscura , incluso los agujeros negros han desaparecido, dejando solo un gas diluido de fotones y leptones . [14]