Istoria universului. credit: NASA / CXC / M. Weiss

Universul evoluează, iar această evoluție a universului, în ansamblul său, își va pune amprenta, decisiv, inclusiv asupra vieții pe Terra. Universul de astăzi este diferit de cel de ieri. Deși diferențele sunt imperceptibile la scară umană, în timp aceste diferențe ajung să fie importante.

Universul se află în expansiune, ceea ce înseamnă că distanțele dintre structurile cosmice mari se măresc cu fiecare clipă, dar și că densitatea materiei scade. Pe măsură ce universul devine mai mare, importanța radiației, a materiei și a energiei întunecate în influenţarea sorţii universului se schimbă. Temperatura universului scade, pe măsură ce lungimea de undă a radiației cosmice crește. Ceea ce vedem pe cer va fi, de asemenea, afectat, dat fiind că galaxiile pe care le vedem astăzi se depărtează rapid de galaxia noastră şi unele de altele, iar cerul nopții va deveni, încet, încet, din ce în ce mai puțin înstelat.



Pe de altă parte, densitatea de energie a spațiului în sine va rămâne constantă, cu toată expansiunea universului. Asta înseamnă că densitatea energiei întunecate (o substanță misterioasă, cu efect anti-gravitațional, care are un rol determinant în accelerarea universului) va rămâne aceeași, întrucât energia întunecată este o proprietate intrinsecă a spațiului.

 



Istoria universului nostru este destul de bine cunoscută, iar asta se datorează faptului că înțelegem teoria gravitației și pentru că știm rata de expansiune, precum și compoziția energiei universului.

Pornind de la datele fundamentale privind evoluția universului, putem identifica șase ere distincte. Am intrat deja în ultima eră a vieții universului.


1. Era inflației


Înainte de Big Bangul fierbinte, universul nu conținea materie, antimaterie, materie întunecată și radiație. Nu conținea deloc particule, ci o formă de energie care a dus la expansiunea exponenţială a universului.

Universul s-a întins, ajungând să aibă o configuraţie asemănătoare spațiului plat. O parte a acelui univers inițial s-a lărgit rapid, ajungând să aibă o dimensiune mai mare decât actuala dimensiune a universului vizibil. Nicio particulă ce ar fi putut exista nu a rămas în această regiune de dimensiunea universului vizibil. Fluctuațiile cuantice de pe timpul erei inflației au dat naștere la vasta rețea cosmică pe care o putem observa astăzi.

Acum 13,8 miliarde de ani inflația a luat sfârșit în mod abrupt. Toată energia, parte a spațiului, inițial, s-a transformat în particule, antiparticule și radiație. Odată încheiată era inflației, Big Bangul fierbinte a început.


2. Era supei primordiale

Odată ce universul în expansiune este „populat” de materie, antimaterie și radiație, acesta începe să se răcească. Atunci când particulele intră în coliziune, acestea produc perechi particulă-antiparticulă, conform legilor fizicii, sigura restricție venind de la energiile implicate, care sunt guvernate de formula E=mc2.

Pe măsură ce universul se răcește, energia scade, devenind din ce în ce mai dificilă crearea de perechi particulă-antiparticulă masive; anihilările de particule și alte reacții au continuat.

La 1-3 secunde după Big Bang toată antimateria a dispărut. La 3-4 minute după Big Bang încep să se formeze atomi de deuteriu (deuteriul este un izotop al hidrogenului, având nucleul format dintr-un neutron și un proton), precum și alți atomi ușori.

După dezintegrări radioactive și alte reacții nucleare - rămânem cu plasmă ionizată constând din fotoni, neutrini, nuclee atomice și electroni.

 


Clic dreapta - View image (pentru o rezoluţie superioară)



3. Era plasmei

Odată ce nucleele se formează, acestea sunt singurele obiecte încărcate pozitiv din univers. Acestea sunt contrabalansate de o cantitate egală de sarcină negativă sub formă de electroni.  Nucleele şi electronii alcătuiesc atomi, pregătind terenul pentru formarea stelelor.

Dar aceste nuclee şi electronii sunt depăşiţi numeric cu mult de fotoni, aşa că ori de câte ori un electron şi un nucleu se cuplează, un foton cu suficientă energie distruge imediat "construcţia".  Abia după ce universul s-a răcit de la milioane la mii de grade, atomi stabili s-au putut, finalmente, forma.

La începutul erei plasmei conţinutul energiei universului era dominat de radiaţie. La finalul erei, care a durat circa 380.000 de ani după Big Bang, era dominat de materie normală şi materie întunecată.


4. Era întunecată


Odată ce universul s-a umplut cu atomi neutri, gravitaţia a început formeze structuri mari în univers. Lumina vizibilă era blocată de aceşti atomi neutri, care formau praful cosmic.

Pentru a a încheia această epocă a întunericului, era nevoie de o reionizare. Iar pentru asta era nevoie de procese de formare a stelelor şi un număr enorm de fotoni din zona ultravioletă a spectrului electromagnetic.

Primele reionizări majore au loc la circa 200 de milioane de ani după Big Bang, dar întregul proces se încheie când universul are circa 550 milioane de ani. La acest moment rata de formare a stelelor este încă în creştere, iar primele roiuri de galaxii încep să se alcătuiască.


5. Era stelară

Odată epoca întunecată încheiată, universul este transparent. Universul este dominat de energie normală şi întunecată, iar structurile cosmice continuă să se mărească, urmare a acţiunii gravitaţiei.

Rata de formare a stelelor a ajuns la un maxim la circa 3 miliarde de ani după Big Bang. Noi galaxii se formează, galaxiile existente continuă să crească, iar roiurile de galaxii atrag tot mai multă materie. Dar gazul intergalactic se împuţinează, iar, ca urmare, rata de formare a stelelor începe să scadă. Se ajunge ulterior la un moment când rata formării stelelor este mai mică decât rata morţii acestora.

 


Clic dreapta - View image (pentru o rezoluţie superioară)

Aceste coloane de gaz (cunoscute sub denumirea de "Coloanele creaţiei") pe care le puteţi vedea în imaginea de mai sus realizată de NASA în anul 2014, se află în centrul Nebuloasei Vulturul, situată într-unul dintre braţele Căii Lactee, la circa 7 mii de ani-lumină de noi. În Nebuloasa Vulturul au loc procese de formare de stele noi, acesta fiind şi motivul pentru care imaginea a primit denumirea menţionată.


Pe măsură ce densitatea universului scade, ca urmare a expansiunii, o nouă forţă ajunge să domine: energia întunecată. La 7,8 miliarde de ani după Big Bang, galaxiile se opresc din procesul de încetinire, ca urmare a influenţei gravitaţionale reciproce, şi încep să accelereze.

La 9,2 miliarde de ani după Big Bang energia întunecată devine componenta dominantă a energiei universului. Acesta este momentul în care intrăm în ultima eră a universului.


6. Epoca energiei întunecate

Odată ce energia întunecată devine dominantă, ceva straniu se întâmplă: structurile mari ale universului încetează să mai crească. Obiectele care erau deja cuplate gravitaţional înainte de "preluarea controlului" de către energia întunecată vor rămâne astfel. Dar celelalte nu, ci se vor depărta accelerat unele de altele.

 


Structura la scară mare a universului. Filamente şi viduri cosmice



Structuri ca galaxiile ori roiurile de galaxii vor fuziona până la urmă pentru a forma o galaxie eliptică gigantică. Stelele vor muri. Formarea de noi stele va fi din ce în ce mai lentă, până va înceta de tot. Interacţiunile gravitaţionale vor ejecta stelele în spaţiul intergalactic. Planetele se vor prăbuşi în stelele în jurul cărora orbitează. Chiar şi găurile negre, cu extraordinar de lunga lor viaţă, se vor evapora (prin radiaţia Hawking).

În final vor rămâne doar pitice negre şi corpuri cosmice izolate, prea mici pentru a genera fuziune nucleară.

Importanţa energiei întunecate în conţinutul de energiei al universului a început acum 6 miliarde de ani, iar dominaţia energiei întunecate a început odată cu formarea sistemului nostru solar.

Priviţi la splendoarea universului de astăzi. Nu va mai fi niciodată la fel...

***

Dacă vreţi să ştiţi mai multe despre istoria formării universului, citiţi recenta serie de articole publicată pe scientia.ro pe acest subiect:
1) Formarea și evoluția structurii universului. (1) Galaxiile
2) Formarea și evoluția structurii universului. (2) Roiurile de galaxii, vidurile și filamentele galactice
3) Formarea și evoluția structurii universului. (3) Istoria evoluției universului, pe scurt

Textul are la bază articolul: We've already entered the sixth and final era of our universe de


Dacă găsiţi scientia.ro util, sprijiniţi-ne cu o donaţie.


PayPal ()
CoinGate Payment ButtonCriptomonedă
Susţine-ne pe Patreon!