Big Freeze

Plantilla:Cosmologia El Big Freeze ("Gran congelació"), també conegut com Big Whisperer ("Gran susurrante"), és una hipòtesis cosmológica sobre el destí final de l'univers en la que se supon este se seguirà expandint infinitament —assumix, per tant, un univers obert— i està marcada pel triumfo de la segona llei de la termodinàmica, en la consecució final de pràcticament tots els processos físics que puguen donar-se i possiblement acabant en la mort tèrmica de l'univers.

Evolució futura de l'univers

Galàxia elíptica M87. En un futur lluntà, totes les galàxies del Grup Local s'hauran fos en una galàxia pareguda a esta.

S'ha intentat modelizar l'evolució futura de l'univers en este escenari, detallant-se a continuació lo que li espera a est en eixe possible futur; és important tindre en conte que els events i eres que es descriuen a continuació estan basats en diversos models i teories i tenen una duració solament aproximades (i sobretot que les dates donades estan escrites en notació científica, la qual no transmet adequadament lo que signifiquen les cantitats ací mencionades). Aixina mateix, cal tindre en conte que descobriments o teories futures poden canviar alguns dels successos ací descrits, com per eixemple, la possibilitat d'un Big Rip —que es donaria molt abans de que es produïren molts dels fenomens ací descrits— o la de que l'univers sofrixca una transició de fase cap a un buit verdader per mig d'efecte túnel, interrompent-se aixina de manera súbita la seua evolució —i inclús la possibilitat d'un colapse futur—. Deixada ya arrere fa molt la era de la radiació que va tindre lloc poc despuix del Big Bang, i en la que l'energia va dominar sobre la matèria, les diferents eres per les que passarà l'univers són les següents:

• Era estelífera
• Era degenerada
• Era dels forats negres
• Era obscura

Era estelífera

Esta era, en la primera part de la qual nos trobem, es caracterisa per ser les estrelas els objectes dominants del cosmos. Gran part de l'energia generada en l'univers és deguda als processos nuclears que tenen lloc en la seua evolució, i sense dubte és l'era en la que més fenomens interessants ocorreran. El seu inici va ser 1 milló d'anys despuix del Big Bang, en la formació de les primeres estreles i durarà fins a dins de 100 billons d'anys (10¹⁴)^{cita requerida} en el futur, quan deixen de formar-se estreles, a lo manco a partir del gas interestelar, i totes elles s'hagen apagat.

El futur en esta era estarà marcat pel progressiu agotament del gas interestelar, i en ell una progressiva disminució de la formació estelar, disminuint les estreles que es formen i aumentant la proporció de cadàvers estelars (nanes blanques, estreles de neutrons, i forats negres). Aixina mateix, la metalicidad del gas interestelar anirà aumentant i això tindrà profundes conseqüències en l'evolució estelar, disminuint per un costat la massa màxima que pot tindre una estrela i permetent l'existència d'estreles encara menys massives que les més llaugeres de les existents actualment i de molta major vida, pero per un atre disminuint significativament la vida dels astres que es formen per llavors, encara que aixina i tot, eixes estreles congelades com han segut cridades per la seua bajísima temperatura superficial (comparable a l'existent hui en la superfície terrestre) viurien molt més temps que les estreles menys massives existents hui.

Aplegarà un moment en el que les úniques estreles de la seqüència principal que queden siguen les nanes roges, astres que no experimenten la fase de jaganta roja. Aixina i tot prop del final de la seua llenta evolució estos astres es creu que tenen lluminositat similars a la del Sol actual, per lo que gràcies a això inclús dins d'un billó d'anys (10¹²) les galàxies tindran lluminositat comparables a les actuals, pero posteriorment en primer lloc la mort de dites estreles i després l'extinció de les nanes blanques farà que les tenebres les acaben envolent i extinguint de manera progressiva i irremediable.

Atres fenomens de conseqüències molt més propenques ocorreran en esta era. En particular, la Terra serà destruïda per l'evolució futura del Sol durant la seua fase de jaganta roja i no escaparà a este destí tal i com es proponia. Més o menys en la mateixa época en la que ocorrerà açò, és molt provable que Andrómeda i nostra galàxia colisionen, formant una galàxia elíptica o espiral que ha segut batejada per alguns autors com Lactómeda, i encara que això no ocorreguera per llavors en algun moment tot el Grup Local acabarà per condensarse en una única galàxia jaganta.

L'acceleració de l'expansió de l'Univers tindrà conseqüències molt importants en el futur, provocant que el Grup Local no siga absorbit pel Cúmul de Virgo. No obstant, la conseqüència més dramàtica serà l'aïllament de les galàxies i els cúmuls de galàxies formant autèntics "univers illa". El Cúmul de Virgo deixarà de ser visible per a "nosatres" dins d'a penes 1,32×10¹¹ anys, semblant (de la mateixa manera que el restant d'objectes exteriors al nostre Grup Local) la seua image estar "congelada" en el temps i enrogint permanentment (desplaçament infinit al roig, el mateix fenomen que apreciaria un observador propenc a un forat negre en un objecte que caiguera en ell). Aplegarà un temps —dins d'1,26×10¹² anys, molt abans de que s'apaguen les estreles— en el que l'única galàxia visible serà el resultat de la fusió de totes les galàxies del Grup Local.

Aplegarà també un moment (s'estima que dins de 10¹¹ anys, molt abans del final de l'era estelífera) en el que serà pràcticament impossible —si no impossible— determinar l'orige de l'univers. Els pilars bàsics que determinen la teoria del Big Bang (radiació de fondo, existència de galàxies exteriors a la nostra en les que es puga apreciar l'expansió de l'univers, i la nucleosíntesis primordial) hauran desaparegut, respectivament per l'acceleració de l'univers —que farà indetectable (o a lo manco irreconeixible) el fondo de radiació còsmica i farà invisible eixes atres galàxies— i a l'evolució estelar que haurà acabat en les abundància originals de deuteri, en lo que s'aplegarà al fi de la cosmologia com a ciència; si ben observadors hipotètics que existiren per llavors podrien saber que el seu "univers illa" té una edat finita i que el seu fi últim és —com es detalla avall— colapsar en un gran forat negre, seria molt difícil per a ells deduir la teoria abans mencionada, o, naturalment, l'existència d'atres objectes com el seu; no obstant, també s'ha sugerit que hipotètics astrònoms que existiren en eixe lluntà futur podrien utilisar estreles hiperveloces expulsades de Lactómeda per a determinar la distribució de massa més allà de la seua galàxia i inclús per mig de métodos indirectes serien capaços de determinar el model cosmológico estàndart i per tant l'evolució fins a llavors del cosmos.

Era degenerada

En esta era els objectes dominants seran els restants densos, inertes, i frets que durant l'era estelífera varen ser estreles (nanes negres, estreles de neutrons, i forats negres), estimant-se que durarà entre 10¹⁴ anys i a lo manco 10³² anys (depenent de quan es desintegren els protones o si és que es desintegren). Serà un univers pràcticament obscur per a un orgue com l'ull humà, pero encara seguirà radiando en atres llongituts d'ona durant molt temps.

L'evolució galàctica per llavors estarà dominada per l'interacció gravitatoria entre dits objectes i els efectes causats per elles com a relaixació dinàmica, disminució de les òrbites per l'emissió d'ones gravitatorias, i finalment aquells causats per l'aproximació de dits objectes, que provocarà per un costat que les galàxies mostren una distribució de masses cada volta més heterogénea, en una chicoteta part (a penes un 1 %) de la massa concentrada en un volum cada volta més chicotet en el seu centre —fins a acabar per formar-se un forat negre jagantesc—, i el restant d'ella dispersa en un ampli volum d'espai, o inclús expulsada de la galàxia ("evaporament galàctic").

Seguiran formant-se estreles gràcies a colisions estelars, encara que a un ritme molt llent (aixina i tot, es formaran prou astres gràcies a eixe sistema, per lo que durant a lo manco partix d'esta era una galàxia contindrà al voltant de 100 estreles). Molt de tant en tant, dos nanes marrons poden colisionar, formant una nova estrela; una nana roja que lluirà 25 billons (2,5×10¹³) d'anys abans de convertir-se en una nana blanca —constituint este procés una manera de que naixquen estreles, inclús quan la formació estelar normal haja cessat molt abans i que durarà prou temps, formant relativament moltes estreles (s'ha estimat que durant esta época la galàxia que molt abans va ser el Grup Local contindrà al voltant de 100 estreles que conseguixquen la seua energia gràcies a la fusió de l'hidrogen, naixcudes gràcies a eixes colisions)—, de la mateixa manera que dos nanes blanques (millor dit, nanes negres) formant una nova nana blanca. Atres objectes molt més exòtics que podran formar-se per este procés —per mig de la colisió de nanes blanques si es donen les condicions adequades— són estreles que fusionen heli o carbono en lloc d'hidrogen (encara que la seua esperança de vida serà molt menor que una estrela que fusione hidrogen, respectivament d'uns centenars de millons d'anys i d'un milló d'anys) ademés de supernovas de tipo I si la massa total de les dos estreles supera el llímit de Chandrasekhar, o inclús un GRB si colisionen dos estreles de neutrons; en una galàxia obscura i empobrida estos fenomens —ya impressionants hui— seran realment espectaculars.

Eixos fenomens ocorreran sobretot en la part central de les galàxies, i inclús despuix de la formació del mencionat forat negre en destruir i absorbir este el restant de cadàvers estelars propencs que no s'hagen fusionat en ell —lluint com un cuásar durant mil millons d'anys ans que l'obscuritat i la fredor tornen a envoldre-ho tot—, i també es produiran a escala supergaláctica, convertint cada cúmul de galàxies en un enorme forat negre format per la fusió d'aquells forats negres que abans varen ser galàxies individuals i rodejat per un halo compost per aquells cossos que han conseguit escapar.

Les interaccions gravitatorias i la contracció orbital deguda a l'emissió d'energia en la forma d'ones gravitatorias ya mencionades també acabaran per destruir els sistemes planetaris que puguen existir llavors, disrompiendo les seues òrbites i convertint als planetes en vagabunts sense rumbo a través de l'obscuritat, o provocant que acaben per chocar en els cossos que orbitan; sembla que únicament els que orbiten nanes roges —que no experimenten la fase de jaganta roja—, com per eixemple els de Gliese 876, són els que sofriran este últim destí.

Aixina mateix, si la matèria obscura present en els halos galàctics està composta per partícules com els WIMPs, dites partícules acabaran per desaparéixer via aniquilació deguda a colisions entre ells o per la captura per remanentes estelars. En este últim cas, l'efecte serà la disminució de la massa de la galàxia —i una conseqüent expansió d'ella—, i que dits remanentes estiguen més calentes de lo que caldria esperar, en una temperatura d'a penes 5 graus sobre el zero absolut.

Molt més alvance, es produirà la desintegració dels protones i per tant de la matèria, un fenomen predit per les Teories de la Gran Unificació (TGUs). Este fenomen encara no ha segut observat experimentalment, pero sembla clar que acabarà per produir-se vesprada o enjorn, inclús si les teories abans mencionades resulten ser incorrectes; les estimacions de la vida mija del protó varien entre 10³² i 10⁴¹ anys en el primer cas i un interval molt major en el segon, que pot aplegar a 10²⁰⁰ anys.

En el cas de que les TGUs siguen certes, el resultat de la desintegració dels protones serà la producció de rajos gamma, i potser electrons i positrones que conseguixquen sobreviure a l'aniquilació mútua entre ells en decaure dita partícula aixina com uns pocs neutrinos, i inclús reaccions nuclears —encara que de producció d'energia molt menor comparada a la desintegració dels protones, ya de per sí bajísima (d'a penes de l'orde de 400 vats)— (els neutrons fora dels núcleus atòmics o de les estreles de neutrons són inestables i es desintegren en a penes 15 minuts). En anar disminuint la seua massa, les nanes blanques (ya apagades i convertides en nanes negres des de fa molt temps arrere) aniran expandint-se i aplegarà un moment en el qual les seues masses seran insuficients per a seguir estant la seua matèria en estat degenerado, alguna cosa que ocorrerà quan el seu massa, ràdio, i densitat siguen comparables als del planeta Júpiter. Més alvance, quan la seua massa quede reduïda a 10²¹ grams, eixos objectes acabaran per deixar de ser considerats com a estreles en algun moment passant a ser cossos del tamany d'una roca mantinguts per forces de Coulomb —les que mantenen units cossos com planetas, etcétera— fins a acabar per desaparéixer.

Les estreles de neutrons evolucionaran de modo similar per la presència de matèria ordinària en la seua corfa exterior, perdent progressivament la seua degeneració i quan la seua massa quede reduïda a una pareguda també a la del planeta Júpiter sofriran un reajustament o be els convertirà en objectes semblats a les nanes blanques, en avant seguint una evolució similar a la de dits cossos, o be provocarà que esclaten dispersant la seua matèria.

Finalment, els planetes i atres cossos menors sofriran també una desintegració pareguda, descomponent-se primer els seus àtoms constituents en elements cada volta més simples fins a aplegar al hidrogen i després desapareixent.

Als 10³⁸ anys en el futur, tota la matèria haurà desaparegut i solament quedaran forats negres.

Si les TGUs són incorrectes i el protó no es desintegra cóm estes prediuen, una atra via de que deixara d'existir és la formació de mini forats negres per efecte túnel, en el cas del qual la vida mija d'esta partícula seria de 10⁴⁵ anys; llevat per esta major vida mija, lo que els succeiria als diferents cossos celests en este cas és el mateix que assumint una desintegració del protó causada per les TGUs.

Events futurs si els protones són estables

Hi ha hagut també especulacions sobre lo que ocorreria si els protones anaren absolutament estables i no es desintegraren dels modos abans comentats. L'efecte túnel comentat dalt, que fa que no es puga calcular en total precisió la posició d'un àtom, s'encarregaria de que dins de 10⁶⁵ anys els diamants acabaren reduïts a esferes, aixina com de fer que els sòlits es comportaren com si foren líquits (de modo que un péntol de roca o un diamant quedaria reduït a una esfera), i inclús provocar reaccions de fusió nuclear (una espècie de fusió freda a temperatura ambiente) —pero extraordinàriament llentes— que farien que dins de 10¹⁵⁰⁰ anys pràcticament tota la matèria —llevat les estreles de neutrons— acabaria convertida en ferro, despuix en neutrons, i molt despuix —dins d'entre $10^{10^{26}}$ anys i $10^{10^{76}}$ anys—, casi tota ella (incloent les estreles de neutrons esta volta) hauria colapsat formant forats negres; depenent de les estimacions realisades lo únic que no acabarien baix eixa forma serien des de cossos en massa similars a la d'un planeta fins a minúscules partícules de pols de ferro, pero tampoc pot descartar-se que tota la matèria de l'Univers acabarà convertida en forats negres.

Era dels forats negres

Una volta que els protones i els neutrons hagen desaparegut (excepto que l'esperança de vida dels primers siga de les majors predites per la teoria) o que la matèria haja colapsat si el protó és estable, pràcticament els únics objectes que quedaran de l'época actual en un univers moltíssim més gran, fret, i obscur que el nostre seran els forats negres. Ni tan sols ells són immortals, i decauran per mig de l'emissió de radiació de Hawking. En esta era, poc més ocorrerà que l'emissió de partícules per la progressiva "evaporament" d'estos, o la captura per ells d'alguna que una atra partícula extraviada que produirà una emissió de rajos X.

En anar-se evaporant, la temperatura dels forats negres anirà pujant al mateix temps que van encollint i perdent massa, aplegant un moment en el que lluiran com a estreles minúscules per a desaparéixer poc despuix en una potent explosió, encara que segons algunes teories el forat negre podria deixar una espècie de "residu" de característiques desconegudes. Els càlculs mostren que un forat negre en la massa del Sol desapareixerà en 10⁶⁶ anys, i un en la massa de la nostra galàxia haurà deixat d'existir dins de 10⁹⁹ anys, i uns atres més massius en un temps superior. L'era dels forats negres acabarà en la desaparició dels últims i més massius d'ells —al voltant de 10¹⁰⁰ anys en el futur—. En això, desapareixeran de l'univers els últims vestigis de lo que abans varen ser estreles i galàxies.

Era obscura

Durant l'Era obscura, l'univers serà un lloc incommensurable, fret, buit i des de després, obscur.

Els processos abans mencionats tenen lloc a una escala temporal desafiant per a la nostra intuïció, pero que no és res en comparació a la "mort eterna" que tindrà per davant despuix de la desaparició dels forats negres l'univers de l'era obscura: un lloc inimaginablemente enorme i increiblement fret —a una temperatura propenca a 0 Kelvin (-273.15 °C)—, buit —en el que les radiacions produïdes tant pel Big Bang com pels fenomens abans descrits fa ya molt temps hauran desaparegut assuts d'un enorme desplaçament al roig—, obscur, en expansió desbocada (si continua la tendència actual), i en el que els únics objectes existents seran electrons, positrones, neutrinos, fotons, i potser algunes partícules exòtiques. Un procés que podrà tindre en esta época és l'aniquilació d'electrons i positrones, pero que de continuar l'expansió accelerada de l'univers a penes es produirà. De fer-ho, les partícules implicades formaran àtoms de positronio, orbitándose una al voltant de l'atra a distàncies comparables a les del radi actual de l'univers o inclús majors, i acostant-se en escales temporals inimaginablemente llargues fins a acabar per colisionar i desaparéixer produint rajos gamma. Este fenomen podria durar indefinidament —encara que cada volta a menor escala—, per lo que potser jamai s'alcançarà l'estat de "mort tèrmica" en l'univers i este escenari d'obscuritat, buit, i desolació fora lo més propenc (i prou) a eixe concepte, pero també entra dins de lo possible que l'univers acabe sofrint un lo que estipula la teoria del Big Rip o que sofrixca una "transició de fase" cap a un buit verdader.

Aixina mateix, és molt provable que l'aparent pobrea de processos físics en una era tan lluntana siga deguda al desconeiximent de les lleis físiques que operen en unes condicions tan extremes; en una época tan lluntana i extrema, les fluctuacions quàntiques acabaran per tindre dimensions macroscòpiques i deixaran de funcionar les lleis físiques conegudes, no havent manera de saber qué li acabarà per ocórrer a l'univers en un futur tan lluntà (encara que hi ha hagut algunes especulacions com que la radiació no tornarà a predominar sobre la matèria com va ocórrer en els primers instants de l'univers (en atres paraules, que inclús tenint en conte l'aniquilació mútua dels positrones i dels electrons sempre quedarà certa cantitat de "matèria"), i inclús la possibilitat de que regions de l'univers colapsen sobre sí mateixes i es torne a les condicions existents en l'era del Big Bang. Els físics Sean Carroll i Jennifer Chen per eixemple, han calculat que es necessitaran $10^{10^{10^{56}}}$ anys per a que una d'eixes fluctuacions quàntiques generen un "Big Bang" com el que va donar orige a l'univers.)

Cronograma gràfic

Artícul principal → Cronograma gràfic des del Big Bang fins a la mort tèrmica.

Vore també: Cronograma gràfic de l'univers i Cronograma gràfic del Big Bang

<timeline>

1. ImageSize = width:1100 height:370 # too wide

ImageSize = width:1000 height:370 PlotArea = left:40 right:235 bottom:50 top:50

Colors =

 aneu:period1  value:rgb(1,1,0.7) # light yellow
 aneu:period2  value:rgb(0.7,0.7,1) # light blue
 aneu:events  value:rgb(1,0.7,1) # light purple
 aneu:era2  value:lightorange
 aneu:era1  Value:yellowgreen

DateFormat = yyyy Period = from:-51 till:1000 TimeAxis = format:yyyy orientation:horisontal ScaleMajor = unit:year increment:100 start:0 ScaleMinor = unit:year increment:10 start:-50

AlignBars = justify

BarData =

 bar:Era
 bar:Events

TextData =

 fontsize:M
 pos:(0,260)
 text:"Big"
 text:"Bang"

1. pos:(880,260)

 pos:(780,260)
 text:"Mort"
 text:"tèrmica"

1. pos:(880,90)

 pos:(780,90)
 text:"log"
 text:"any"

PlotData=

 textcolor:black  fontsize:M

 width:110
 bar:Era  mark:(line,white)  align:left  shift:(0,0)
 from:-51  till:6  shift:(0,35)  color:era1  text:"Era Primordial"
 from:6  till:14  shift:(0,15)  color:era2  text:"Era Estelífera"
 from:14  till:40  shift:(0,-5)  color:era1  text:"Era Degenerada"
 from:40  till:100  shift:(0,-25)  color:era2  text:"Era del Forat Negre"
 from:100  till:1000  shift:(0,-45)  color:era1  text:"Era Obscura"

 width:110
 bar:Events
 color:events  align:left  shift:(43,3)  mark:(line,teal)
 at:-8  shift:(0,35)  text:"Un segon"
 at:8  shift:(-2,15)  text:"La primera estrela comença a lluir"

at:10 shift:(-2,-5) text:"13.800 millons d'anys, hui dia"

 at:14  shift:(0,-25)  text:"L'última estrela mor"
 at:100  shift:(0,-45)  text:"L'últim forat negre supermasivo s'evapora"

</timeline>

Vore també

• Big Bounce
• Big Crunch
• Big Rip

Referències

Bibliografia

Llibres

• Univers Sense Fi. Cayetano López. Edicions Taurus, 1999. ISBN 978-84-306-0366-4
• Els Últims Tres Minuts de l'Univers. Conjectura sobre el destí final de l'Univers. Paul Davies. Editorial Debat, 2001. ISBN 978-84-8306-444-3
• Història Natural de l'Univers. Colin A. Ronan. Edicions del Prat, 1992. ISBN 84-7838-197-X
• La Melodia Secreta... i l'Home Va crear l'Univers. Trinh Xuan Thuan. Biblioteca Buridán. ISBN 84-96831-20-5.

Artículs científics

• A Dying Universe: The Long Term Fate and Evolution of Astrophysical Objects (en anglés. Archiu PDF).
• Future Evolution of Structure in an Accelerating Universe (en anglés. Archiu PDF).
• The Return of a Static Universe and the End of Cosmology (en anglés. Archiu PDF).
• A.D. 100 Billion: Big Bang Goes Bye-Bye
• Cosmology with Hypervelocity Stars (en anglés. Archiu PDF).
• The Gravitational Demise of Cold Degenerate Stars (en anglés. Archiu PDF).
• Radiation ca never again dominate Matter in a Vacuum Dominated Universe (en anglés. Archiu PDF).
• Future and Origin of our Universe: Modern View(en anglés. Archiu PDF).
• Black hole Thermodynamics.

Enllaços externs

• Ret Dwarfs and the End of the Main Sequence (en anglés. Archiu PDF).
• Life, the Universe, an Nothing: Life and Death in an Ever-Expanding Universe (en anglés. Archiu PDF).