Το σύμπαν μπορεί να τελειώσει με ένα Μεγάλο Σχίσμα

Από σελίδα του CERN, Μάιος 2003

Μια φανταστική πιθανότητα για το θάνατο του Σύμπαντος έχει προταθεί τώρα τελευταία. Η επιτάχυνση της διαστολής του Σύμπαντος τελικά μπορεί να γίνει τόσο δραματική που στο προβλέψιμο μέλλον οι γαλαξίες, τα αστέρια, οι πλανήτες και ακόμα και τα άτομα και οι πυρήνες θα αποσχιστούν.

Τα πρόσφατα αποτελέσματα του Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) επιβεβαίωσαν ότι το Σύμπαν είναι φτιαγμένο κυρίως από τη "σκοτεινή ενέργεια", πιθανά υπεύθυνη για την υπάρχουσα επιτάχυνση της διαστολής του. Αλλά τι θα συνέβαινε εάν ο ρυθμός της επιτάχυνσης αυξηθεί με το χρόνο;

Ένα "Μεγάλο Σχίσμα" (Big Rip) είναι η απάντηση σύμφωνα με τους Robert Caldwell, Marc Kamionkowski και Nevin Weinberg του Πανεπιστημίου Dartmouth στο New Hampshire. Σε αυτό το σενάριο, η επιτάχυνση της διαστολής του Σύμπαντος γίνεται άπειρη σε πεπερασμένο χρόνο, υπερνικώντας τελικά όλες τις δυνάμεις, συμπεριλαμβανομένης και της πυρηνικής δύναμης που δεσμεύει μαζί τα κουάρκ στα νετρόνια και τα πρωτόνια.

Εάν και πότε μπορεί να συμβεί αυτό εξαρτάται από την εξίσωση της παραμέτρου w, που περιγράφει τη φύση της σκοτεινής ενέργειας. Όπου w = p/ρ, είναι ο λόγος της πίεσης p της, χωρικά ομοιογενούς, σκοτεινής ενέργειας προς την ενεργειακή πυκνότητα ρ. Η απλούστερη εξήγηση της σκοτεινής ενέργειας είναι μια "κοσμολογική σταθερά", οπότε σ' αυτή την περίπτωση w = -1, Άλλες δυνατότητες είναι η "πεμπτουσία" με w > -1 και η "φανταστική ενέργεια" με το w < -1.

Εάν η σκοτεινή ενέργεια είναι υπό μορφή της κοσμολογικής σταθεράς ή της πεμπτουσίας, η διαστολή του Σύμπαντος θα επιταχύνεται, αλλά με ένα σταθερό ή μειούμενο ρυθμό, αντίστοιχα. Αυτό το καθιερωμένο σενάριο ενός σύμπαντος που θα διαστέλλεται πάντα θα οδηγούσε τους απόμακρους γαλαξίες να εξαφανιστούν σταδιακά πίσω από τον ορίζοντα του Σύμπαντος. Η αντι-βαρυτική δύναμη μιας τέτοιας σκοτεινής ενέργειας μπορεί να αναστατώσει τους γαλαξίες. Στην περίπτωση της φανταστικής ενέργειας, εντούτοις, η δύναμη αυξάνει με το χρόνο και γίνεται άπειρη σε έναν πεπερασμένο χρόνο ανάλογα με την τιμή του w . Έτσι για w = -1,5 αυτό μπορεί να συμβεί μόνο σε περίπου 20 δισεκατομμύριο χρόνια από τώρα.

Σε αυτή την περίπτωση η αντίστροφη μέτρηση προς αυτή τη Μεγάλη  Απόσχιση θα ήταν η ακόλουθη: σε 60 εκατομμύρια χρόνια προτού το Μεγάλο Σχίσμα, ο Γαλαξίας μας αναστατώνεται. Πριν τρεις μήνες από αυτή, το ηλιακό μας σύστημα γίνεται απεριόριστο. Σε 30 λεπτά πριν, η Γη εκρήγνυται και σε 10 ^-19 δευτερόλεπτα πριν, τα άτομα χωρίζουν.

Αυτό το σενάριο δεν μπορεί να αποκλειστεί βάσει των παρατηρητικών περιορισμών που είναι μέχρι τώρα διαθέσιμοι. Τα τρέχοντα αποτελέσματα από το δορυφόρο WMAP δίνουν ένα ανώτερο όριο -0,78 για το w μόνο, αν και οι μελλοντικές παρατηρήσεις του w μπορούν να δώσουν μερικούς πρόσθετους περιορισμούς. Διαφορετικά θα πρέπει να περιμένουμε την Ευρωπαϊκή αποστολή Planck που θα προωθηθεί το 2007 για να περιορίσουμε περαιτέρω τη φύση της σκοτεινής ενέργειας,  που ελέγχει την τελευταία μοίρα του σύμπαντος.

Η αποστολή Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)

Η NASA έδωσε πριν τρεις μήνες για πρώτη φορά ένα πλήρη χάρτη του ουρανού που σχεδιάστηκε από τις μετρήσεις  του δορυφόρου WMAP. Ο δορυφόρος αυτός, που έχει παρατηρήσει την μικροκυματική κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου από την τροχιά του γύρω από το σημείο lagrange L2 μεταξύ του ήλιου και της Γης από τον Οκτώβριο του 2001, έδωσε την καλύτερη άποψη μέχρι τώρα του αρχικού Σύμπαντος. Μεταξύ των ευρημάτων του δορυφόρου είναι ότι το 73% του Σύμπαντος είναι υπό μορφή σκοτεινής ενέργειας, ενώ μόνο το 4% είναι υπό μορφή της συνηθισμένης, βαρυονικής ύλης.

Ο δορυφόρος WMAP (που στο παρελθόν λεγόταν μόνο MAP) - ονομάστηκε έτσι προς τιμήν του David Wilkinson του Πανεπιστημίου Princeton, που ήταν πρωτοπόρος των μελετών του κοσμικού υποβάθρου και που πέθανε πέρυσι - έχει μια  γωνιακή ανάλυση περίπου 40 φορές καλύτερα από αυτή του προκατόχου του, τον Κοσμικός Εξερευνητής Υποβάθρου (COBE). Αυτή η βελτιωμένη ανάλυση επιτρέπει στον δορυφόρο να διαχωρίσει διακυμάνσεις θερμοκρασίας στην ακτινοβολία υποβάθρου των 2.73 Κ, εκατομμυριοστά του ενός βαθμού μόνο.

Με το συνδυασμό των νέων στοιχείων με άλλα είδη μετρήσεων, η ομάδα του WMAP μπορεί να πει ότι αυτή η ακτινοβολία χρονολογείται 380.000 χρόνια μετά από το Big Bang και ότι τα αστέρια άρχισαν να ακτινοβολούν για πρώτη φορά 200 εκατομμύρια χρόνια μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη. Τα νέα αποτελέσματα επίσης υπονοούν ότι το Σύμπαν έχει την εξής σύσταση: Βαρυονική ύλη 4%, ψυχρή σκοτεινή ύλη 23% και σκοτεινή ενέργεια του κενού 73% σε μια μορφή περισσότερο σαν μια κοσμολογική σταθερά απ' ό,τι ένα ενεργειακό πεδίο αρνητικής πίεσης.

Ο δορυφόρος WMAP είναι επίσης ικανός να μετρήσει την πόλωση της ακτινοβολίας, και αυτό έχει δώσει νέα στοιχεία για τον πληθωρισμό στον αρχικό Κόσμο. Τα αποτελέσματα έχουν ήδη αποκλείσει ένα "θεωρητικό πρότυπο" ενός ιδιαίτερου μοντέλου πληθωρισμού.