9 Minutės
Visata, kurioje gyvename, prasidėjo maždaug prieš 14 milijardų metų ir nuo tada nuolat kinta. Šiandien astronomai, remdamiesi tolimų galaktikų, žvaigždžių ir foninio spinduliavimo stebėjimais, kuria modelius, prognozuojančius, kaip Visata gali atrodyti tolimoje ateityje. Nors absoliuti tikslaus negalima, dabartiniai duomenys rodo lėtą ir ramų išblėsimą, o ne staigų pabaigos įvykį.
Skaityti kosminę praeitį, kad prognozuotum ateitį
Mūsų supratimas apie kosminę istoriją remiasi vienu tvirtu atradimu: erdvė ir laikas kartu su visa jais užpildančia materija bei energija išsiplėtė iš karštos, tankios būsenos įvykio, kurį vadiname Didžiuoju sprogimu (Big Bang). Iš pradinių sąlygų susiformavusiam retam dalelių dujui atvėsus ir susijungus į pirmuosius atomus, gravitacija sukaupė tą medžiagą į pirmąsias žvaigždes ir galaktikas. Nuo to laiko Visata patyrė daugybę dramatiškų perėjimų iki dabarties, įskaitant reionizaciją, galaktikų formavimosi šuolius ir struktūrų brandą.
Astrofizikai nuspėja Visatos ateitį tęsdamiesi dabartines tendencijas ir dėsnius. Tokia ekstrapoliacija yra stipri priemonė, bet ji turi ribas: lyginant su dviem vaikystės nuotraukomis, norint nuspėti, kaip atrodys šešiamečiai, trumpalaikės prognozės dažniausiai patikimos, tačiau ilgajame laikotarpyje gali pasirodyti netikėti reiškiniai — nauji fizikiniai procesai ar nežinomos dalelės — kurie keistų rezultatą. Vis dėlto kelios nepriklausomos stebėjimų ir teorinių analizės kryptys sutampa ir siūlo tikėtiną scenarijų: Visata toliau išsiplės, žvaigždžių formavimasis silpnės ir galiausiai nustos, galaktikos susijungs ir nusistovės kaip didelės, raudonos elipsės, o naktinis dangus per trilijonus metų taps vis silpnesnis ir raudonesnis.
Kaip keisis žvaigždės: nuo mėlynos spindesio iki raudono žarėjimo
Žvaigždės veikia kaip branduolinės sintezės varikliai, o jų gyvenimo trukmė daugiausiai priklauso nuo masės. Didžiulės, karštos mėlynos žvaigždės greitai sudegina savo kurą ir išeina iš scenos per milijonus metų. Panašios į Saulę žvaigždės gyvena maždaug 10 milijardų metų; mūsų Saulė yra apie pusiaukelę šio laikotarpio. Mažiausios — raudonos nykštukės — yra itin ilgalaikės: teoriniai skaičiavimai rodo, kad jos gali gyvuoti trilijonus, o galbūt net kvadrilijonus metų, todėl jos dominuos vėlyvosios Visatos šviesoje.
Galaktikos skiriasi savo žvaigždžių formavimosi aktyvumu. Kai kurios vis dar kuria naujas žvaigždes iš šalto dujinio rezervuaro; kitos — beveik ramios, nes prarado arba išeikvojo žvaigždėms reikalingas dujas. Kai galaktikoje mažėja žvaigždžių gimimas, trumpalaikės mėlynos žvaigždės dingsta pirmos, palikdamos ilgiau gyvenančias raudonas ir geltonas žvaigždes. Per milijardus ir vėliau trilijonus metų bendras žvaigždžių spindesys persikelia į ilgesnes bangas (raudėja) ir silpsta, kai net raudonieji nykštukai išseks savo vandenilio atsargas ir atvės iki silpnų likučių, pvz., baltųjų nykštukių ar užgesusių kondensatų.
Praktiškai žiūrint, ryškios ir įvairios žvaigždžių eros trukmė yra ilga, bet ribota. Žmogaus mastu ji atrodo praktiškai amžina, tačiau kosmologiniu mastu jai ateis pabaiga, kai dominavimą perims blankios, ilgai gyvuojančios žvaigždės, o galiausiai — paskutinių žvaigždžių žarėjimo silpnėjimas. Tokie procesai susiję su žvaigždžių evolucijos teorija, masių-luminosity ryšiais ir nukleosintezės žingsniais, kurie lemia, kada ir kaip žvaigždės pereina į supernovas, baltąsias nykštukes, neutronines žvaigždes ar juodąsias skyles.
Galaktikos: susidūrimai, kanibalizmas ir elipsinių galaktikų kilimas
Galaktikos daugiausia auga per susijungimus. Įsivaizduokite smėlio pilį, kuri tampa didesnė kiekvieną kartą pridėjus naują kibirėlį smėlio. Kosminiu laiku mažesnės galaktikos susiduria ir įsilieja į didesnes sistemas. Tankiose aplinkose, pavyzdžiui galaktikų spiečiuose, pasikartojantys susidūrimai sutrikdo tvarkingas disko struktūras ir sukuria milžiniškas elipsines galaktikas: dideles, sferines sistemas su senesnėmis, raudonesnėmis žvaigždžių populiacijomis ir mažai naujo žvaigždžių formavimosi.
Mūsų Paukščių Tako galaktika ir Andromedos galaktika eina susidūrimo trajektorija — toks susijungimas numatomas per kelis milijardus metų. Nors galaktikų sąveika bus vizualiai įspūdinga hipotetiniams ateities stebėtojams — žvaigždės slystės viena kitos fone sudėtinguose tidaliuose srautuose — pavienių žvaigždžių susidūrimai yra reti dėl milžiniškų atstumų jų tarpui. Ilgalaikis rezultatas greičiausiai bus didesnė, labiau sferinė galaktika su mažesniu žvaigždžių formavimosi intensyvumu ir išplėstais žvaigždžių halais.
Kaip vis daugiau galaktikų diskų bus sutrikdyti, Visatos morfologija kils link elipsinių galaktikų dominavimo, sugrupuotų tamsiosios materijos halų tinkle. Šios struktūros palaipsniui susilies toliau, konsoliduodamos matomą masę lokalizuotose salose, tuo tarpu erdvė tarp jų toliau plėsis dėl kosminės ekspansijos. Tokios tendencijos yra glaudžiai susijusios su galaktikų evoliucijos tyrimais, simuliacijomis (pvz., Illustris, EAGLE) ir stebimaisiais tyrimais, kurie nagrinėja aplinkos įtaką žvaigždžių formavimuisi.
Kosminė plėtra ir tamsioji energija: kas skiria galaktikas
Vienas iš reikšmingiausių modernios kosmologijos atradimų yra tai, kad kosminė ekspansija spartėja. Tolimų Ia tipo supernovų stebėjimai devintajame dešimtmetyje ir vėliau pateikė aiškų įrodymą, jog galaktikos tolsta viena nuo kitos didėjančiu greičiu. Už šios spartėjančios plėtros slypi vadinamoji tamsioji energija — prastai suprantama energijos forma, veiksminga kaip atgrumianti jėga kosminiuose mastuose.
Jei tamsioji energija išliks pastovios tankio prasme (tai paprasčiausias modelis, vadinamas kosmologine konstanta arba lambda, Λ), plėtra ir toliau spartės. Laikui bėgant, ši spartėjanti plėtra išstumtų galaktikas už mūsų stebimosios horizonto ribos. Už tam tikro atstumo šviesa, išspinduliuota kitų galaktikų, niekada nepasieks stebėtojų mūsų erdvės rajone; jos palaipsniui išnyks iš matymo lauko. Šiame scenarijuje kiekviena gravitaciškai sujungta grupė ar galaktikų spiečius taps izoliuota sala besiplečiančiame tuštumoje, o tarp salų liks tik toliau didėjantis atstumas.
Yra ir alternatyvių hipotezių: tamsioji energija gali keistis laike (dinaminiai modeliai, pvz., kvintesencija), arba nauja fizika galėtų nulemti visiškai kitokias ateitis, pvz., ateities kontrakciją (Big Crunch) arba smarkų „big rip“, kuris išplėštų sujungtas sistemas. Dabartiniai duomenys linksta prie švelnios, spartėjančios plėtros, tačiau tikslinti šį vaizdą išlieka esminis stebimųjų kosmologijos tikslas, todėl vykdomos misijos ir tyrimai, tokie kaip Planck, Hubble, ESA Euclid, NASA Roman ir JWST, siekia apriboti tamsiosios energijos parametrus ir jos galimą laikinį elgesį.
Ilgalaikis laiko planas ir „tamsios amžinybės" idėja
Sujungus žvaigždžių evoluciją, galaktikų dinamiką ir kosminę plėtrą, gaunamas nuoseklus ilgalaikis prognozės rėmas. Per artimuosius kelis milijardus metų žvaigždžių formavimasis vyks daugelyje sistemų, o susijungimai, tokie kaip Paukščių Tako ir Andromedos susidūrimas, perstatys vietinę struktūrą. Per dešimtis–šimtus milijardų metų žvaigždžių formavimasis smuks, nes galaktikos išseks savo dujų atsargas arba jas išmes energingos išsiveržimų ar aktyvių galaktikų branduolių metu. Per trilijonus metų ir ilgesnį laiką tik ilgai gyvuojančios raudonos nykštukės išliks ryškios, o jos po to pamažu atvės, kai branduolinė sintezė jose sustos.
Žymiai ilgesniais laikotarpiais nei dabartinis Visatos amžius — galbūt trilijonai ar kvadrilijonai metų — kosmosas gali pereiti į fazę, kartais vadinamą „šilumos mirtimi" arba „tamsiąja amžinybe" — tai bus itin žemos temperatūros ir mažos radiacijos era, kai žvaigždės išnyks, o juodosios skylės pamažu išgaruos per Hokingo (Hawking) spinduliavimą. Jeigu tamsioji energija išliks, stebimoji Visata susitrauks iki vietinės gravitaciškai sujungtos struktūros; viskas kita taps nepasiekiama ir nematoma tradiciniais stebėjimo būdais.
Svarbu pabrėžti spekuliacinius elementus šiame pasakojime: reiškiniai, tokie kaip protonų skilimas (jei jis egzistuoja), netirtos tamsiosios energijos savybės arba nauji standartinio modelio peržengiantys fizikos atradimai, gali kardinaliai pakeisti šiuos rezultatus. Vis dėlto dabartinis rėmas pateikia konservatyvią, duomenimis pagrįstą prognozę, nuoseklią su tuo, ką dabar mums sako teleskopai, kosminiai tyrimai ir teorinė fizika.
Eksperto įžvalga
Dr. Maya Singh, teorinė astrofizikė: „Mūsų geriausi modeliai piešia subtilų, tačiau rimtą vaizdą: galaktikos raudonėja ir blanksta, žvaigždžių formavimasis silpnėja, o stebimoji Visata siaurėja, kai spartėjanti plėtra izoliuoja vietines struktūras. Tačiau ši 'tamsioji amžinybė' išsiskleidžia per tokias dideles laiko skalas, kad atsiradus civilizacijoms ir technologijoms, jų atžvilgiu vis dar atsiveria milžiniška erdvė tyrimams, stebėjimams ir atradimams.“
Ši ekspertų pastaba atspindi vyraujančią mokslinę perspektyvą: Visata turi ilgą ateitį, per kurią stebėtojai ir instrumentai galės toliau rinkti žinias, net jei kosminė scena pamažu blanksta. Tokios įžvalgos yra svarbios ne tik teorinei kosmologijai, bet ir praktiniams stebėjimų prioritetams bei technologiniams sprendimams, kurie leis ilgainiui patikslinti modelius.
Pasekmės stebėjimams, technologijoms ir žmogaus smalsumui
Ką ši tolimoji ateitis reiškia astronomijai ir žmonių kultūrai? Praktiniu požiūriu tai pabrėžia dabartinių stebėjimų svarbą ir skubumą. Supernovų, kosminio mikrobanginio foninio spinduliavimo (CMB), didelio masto struktūrų apklausų ir galaktikų evoliucijos tyrimai griežtina tamsiosios energijos ir žvaigždėms formuotis tinkamo dujų trukmės ribas. Ateities kosminės misijos ir žemės stebėjimo teleskopai, skirti tirti tamsiąją energiją ir žemą šviesumą turinčias galaktikas, detaliau nubrėš vaizdą ir gali atskleisti netikėtumus bei naujas fizikos sritis.
Technologijos, skirtos aptikti žemos energijos, ilgalaikius signalus, arba išsaugoti ir perduoti žinias per kosminius epochus, įgauna ne tik praktinę, bet ir filosofinę reikšmę. Jeigu Visatos didžiosios pabaigos trajektorija veda į izoliaciją ir atvėsimą, pastangos suprasti ir dokumentuoti kosmosą įgauna papildomą svarbą: tai proga įamžinti ryškios eros istoriją prieš jos blėvimą.
Tuo pačiu metu tyrimų prioritetai susiję su instrumentų jautrumu, duomenų archyvavimu, tarpžvaigždiniu ryšiu (hipotetiškai) ir kosminio paveldo išsaugojimu. Šios temos skatina tarpdisciplininį darbą — nuo teorinės kosmologijos, astronominių tyrimų iki informatikos ir filosofijos — kas dar labiau sustiprina mūsų gebėjimą formuluoti ir testuoti ilgalaikes Visatos prognozes.
Išvados
Dabartinė mokslinė nuomonė rodo, kad Visata nepasibaigs staigiu katastrofiniu įvykiu, o palaipsniui pereis į kur kas ramiau būseną: mažiau naujų žvaigždžių, susiliejusios galaktikos ir plečiantis izoliacijos efektas, kurį varo tamsioji energija. Šis scenarijus — „tamsioji amžinybė" — nėra galutinis verdiktas, o prognozė, paremta fizikos dėsniais ir tuo, ką šiandien stebi teleskopai bei teorijos. Visata lieka plačia laboratorija, ir priešakyje dar daugybė dešimtmečių, šimtmečių bei tūkstantmečių atradimų tiems, kurie skiria laiką stebėti dangų.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą