25 de fevereiro de 2021

Do começo ao fim do universo : The Big Crunch vs. The Big Freeze

 Astrônomos já pensaram que o universo poderia entrar em colapso em um Big Crunch. Agora, a maioria concorda que isso terminará com um Big Freeze.


Se o universo em expansão não pudesse combater a atração coletiva da gravidade para dentro, ele morreria em um Big Crunch, como o Big Bang executado ao contrário. No entanto, o cosmos está crescendo a uma taxa cada vez maior, o que faz a maioria dos astrônomos pensar que o universo morrerá em um Big Freeze, onde quaisquer partículas remanescentes são separadas por distâncias maiores do que o universo observável atual. Astronomia : Roen Kelly

Como o universo vai acabar? A humanidade tem ponderado essa questão há milhares de anos. E agora a ciência realmente possui o conhecimento e as ferramentas para tentar uma resposta. 

Até bem recentemente, os astrônomos pensavam que o cosmos se expandiria repetidamente e entraria em colapso em um ciclo infinito de morte cósmica e renascimento. Mas a melhor evidência aponta para um Armagedom distante cheio de pavor existencial mais do que o Livro do Apocalipse. Trilhões de anos no futuro, muito depois da destruição da Terra, o universo se separará até que a galáxia e a formação de estrelas cessem. Lentamente, as estrelas desaparecerão, tornando o céu noturno negro. Toda a matéria remanescente será engolida por buracos negros até que não haja mais nada. Finalmente, os últimos vestígios de calor desaparecerão. 

Em vez de atingir seu fim por meio do fogo e enxofre, o cosmos provavelmente sucumbirá à "morte pelo calor". Os astrônomos chamam isso de Big Freeze. 

Alfa e Ômega

O universo nem sempre parecia destinado a terminar assim. Há cerca de um século, os astrônomos pensavam que nossa Via Láctea fosse o universo inteiro. Nosso cosmos parecia estático - sempre tinha sido, e sempre permaneceria, quase o mesmo. No entanto, conforme Albert Einstein formulava suas teorias da relatividade, ele percebeu sinais de algo estranho. Suas equações implicavam um universo em movimento, em expansão ou contração. Então, Einstein adicionou um fator de correção - uma constante cosmológica - que manteve o universo em um estado estável mais atraente. 

“Einstein não estava sendo estúpido; ele estava sentindo o sentimento dos astrônomos ”, disse o cosmologista vencedor do Prêmio Nobel John Mather, o cientista-chefe do Telescópio Espacial James Webb da NASA. 

Existem algumas maneiras pelas quais o universo pode acabar, mas exatamente como depende de como a taxa de expansão cósmica muda no futuro. Se a gravidade superar a expansão, o cosmos entrará em colapso em um Big Crunch. Se o universo continuar a se expandir indefinidamente, como esperado, enfrentaremos um Big Freeze. Mas se a energia escura empurra a taxa de expansão para perto do infinito, teremos um Big Rip que separa tudo, até os átomos. Astronomia : Roen Kelly

No entanto, por volta da mesma época, os astrônomos começaram a aceitar que algumas das nebulosas em forma de espiral difusa que observaram através de seus telescópios não eram coleções de estrelas em nossa galáxia. Eles eram outras galáxias inteiramente. E quando Edwin Hubble mediu meticulosamente seus movimentos, ele mostrou que essas galáxias estavam de fato se afastando das nossas. A humanidade descobriu que o universo está se expandindo. 

Pressionar o retrocesso nessa expansão revelou que o universo inteiro nasceu em um violento Big Bang há cerca de 13,8 bilhões de anos. Com seus alicerces firmemente fixados, a cosmologia voltou-se para a próxima grande questão: como o universo terminará? 

Existem duas maneiras principais de um universo em expansão morrer: o cosmos pode eventualmente entrar em colapso sobre si mesmo ou pode continuar a inflar para sempre. Para descobrir o que é certo, os astrônomos tiveram que acelerar a evolução do universo. 

The Big Crunch

Em 1922, o físico e matemático russo Alexander Friedmann derivou um famoso conjunto de equações apropriadamente chamado de equações de Friedmann. Esses cálculos mostraram que o destino do nosso universo é determinado por sua densidade, e ele pode se expandir ou contrair, em vez de permanecer em um estado estacionário. Com matéria suficiente, a gravidade acabaria por interromper a expansão do cosmos, fazendo com que ele voltasse para dentro. 

Nas décadas de 1960 e 1970, quando os astrônomos somaram toda a matéria do universo conhecido, eles calcularam que havia massa suficiente para que o cosmos finalmente entrasse em colapso para um estado infinitamente denso, ou talvez até um buraco negro gigantesco.

Alguns especularam que, uma vez comprimido em um ponto infinitamente pequeno - o Big Crunch - o universo daria início a mais uma expansão, ou Big Bounce. 

Nas décadas de 1970 e 1980, o físico John Wheeler, que ajudou a cunhar o termo buraco negro, tornou-se um dos principais defensores do Big Crunch. Para ele, era um destino óbvio. Uma revolução na compreensão dos buracos negros estava em andamento e Wheeler via cada um como um “modelo experimental” do estado final do universo. 

Mas o gosto pelo Big Crunch de Wheeler nasceu parcialmente da estética, ele admitiu. Era fácil imaginar.

Os observatórios infravermelhos Spitzer e WISE da NASA se uniram para revelar esta visão da região ao redor do buraco negro supermassivo da Via Láctea, Sagitário A *. Os buracos negros supermassivos são provavelmente os últimos reservatórios de matéria em todo o universo. No entanto, mesmo eles irão eventualmente evaporar. NASA / JPL-Caltech / Judy Schmidt

The Big Freeze

Infelizmente, a realidade nem sempre é tão identificável.

“Só porque podemos encontrar um universo frio e vazio, um futuro desagradável, não significa que não é para lá que as coisas estão indo”, escreveu o físico Peter Woit da Universidade de Columbia em seu blog, Not Even Wrong. 

No final da década de 1990, dois grupos separados de cientistas estavam pesquisando o universo distante, estudando estrelas moribundas chamadas supernovas do tipo Ia, que servem como velas padrão que ajudam a estabelecer distâncias cósmicas. Eles descobriram que as explosões distantes pareciam mais fracas e, portanto, mais distantes do que o esperado. A expansão do universo não estava diminuindo de forma alguma - estava se acelerando. As equipes tropeçaram independentemente na energia escura, destruindo os modelos existentes do universo. 

A descoberta da energia escura, que desafia as expectativas, mostrou que era muito improvável que o universo entre em colapso em um Big Crunch. Mesmo com toda a matéria do universo puxando para dentro, a gravidade nunca será forte o suficiente para superar o efeito de inflação da energia escura. Em outras palavras, o universo em expansão está destinado a um Big Freeze. 

Atualmente, os astrônomos acham que a matéria normal compreende apenas 5% do conteúdo do universo. Enquanto isso, a matéria escura representa cerca de 26%, e a energia escura representa os 69% finais. A energia escura, ao que parece, parece ser a força do mundo real por trás da constante cosmológica de Einstein, que desempenha um papel importante na prevenção de um colapso ao estilo do Big Crunch. 

Graças à expansão causada pela energia escura, dentro de alguns trilhões de anos, todas as galáxias, exceto as mais próximas, estarão muito distantes para serem vistas. Então, talvez 100 trilhões de anos depois, a formação de estrelas cessará, à medida que remanescentes estelares densos como anãs brancas e buracos negros bloqueiam qualquer material remanescente. 

Daqui a cerca de um ano googol - que é um 1 seguido por 100 zeros - os últimos objetos no universo, buracos negros supermassivos, vão terminar de evaporar por meio da radiação Hawking. Depois disso, o universo entra na chamada Era das Trevas, onde a matéria é apenas uma memória distante. 

A segunda lei da termodinâmica sugere que a entropia continuará aumentando em um sistema (como o cosmos) até atingir um nível máximo. Em termos reais, isso significa que, em algum ponto, o universo acabará por atingir um estado em que toda a energia - e, portanto, o calor - é uniformemente distribuída. A temperatura final de todo o universo pairará um pouco acima do zero absoluto. 

Portanto, em vez de espelhar a Revelação, a morte de nosso cosmos provavelmente se parecerá com o início de Gênesis: Tudo estará vazio e escuro.

Fonte: Astronomy.com

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