Escatología cósmica: Futuro a largo plazo del universo

• ~ 5 × 10⁹ años (5 mil millones de años). El Sol muere y Andrómeda colisiona con la Vía Láctea.

  Los cálculos de evolución estelar muestran que la luminosidad del Sol será del orden de un 11% más alta dentro de unos mil millones de años (1 eón), produciendo un deterioro irreversible de la biosfera terrestre debido al devastador efecto invernadero. En 3,5 eones la luminosidad solar habrá ascendido en un 40% y la desaparición de la biosfera será algo inevitable . El Sol empezará a convertirse en gigante roja e irá absorbiendo los planetas interiores.  Si éstos serán o no engullidos finalmente dependerá de la cantidad de masa que pierda el Sol, pero lo que no cabe duda es que las condiciones en la Tierra se harán infernales, a no ser que el radio orbital aumente por alguna circunstancia.

  Al mismo tiempo las galaxias de Andrómeda y La Vía Láctea podrían estar entrando en colisión. Los efectos de ésta dependerán de la zona que atraviese el sistema Solar, pudiendo ser desde sólo un cambio gradual del aspecto del firmamento visible, hasta un distorsión gravitatoria importante si el Sistema Solar fuese a pasar por regiones de alta densidad de estrellas y la probabilidad de encuentros cercanos aumentaría drásticamente. Nadie tiene muy claro lo que esto podría significar, pero se ha apuntado por ejemplo que el número de cometas lanzados desde la nube de Oort hacia el interior del Sistema Solar podría aumentar de manera drástica.

   

• ~ 10¹² años (1 billón de años). Límite inferior a la edad de un universo cerrado. Las observaciones actuales indican que posiblemente el universo estará en expansión eterna. Pero existe la posibilidad de que esto no fuera exactamente así y el universo detuviera su expansión y empezara a contraerse hasta terminar en un Gran Crujido final donde toda la materia que observamos en la actualidad quedaría compactada en una región de tamaño subatómico (~ 10^-33 cm) de enorme densidad. Esto sólo podría suceder si la densidad de materia supera a lo que denominamos densidad crítica. Las observaciones actuales ponen un límite superior al valor de este parámetro de densidad W₀ correspondiente a este límite inferior de la edad de un universo cerrado t₀ = p W₀ (W₀-1)^-3/2 H₀^-1

• ~10¹⁴ años (cien billones de años). Termina la formación convencional de estrellas y la evolución estelar, por la misma época, ha convertido todas las estrellas en cadáveres estelares del tipo enanas marrones, enanas blancas, estrellas de neutrones o agujeros negros. La cantidad de gas hidrógenos ha menguado mucho antes, por lo que la formación de estrellas podría de hecho acabar cuando la cantidad de gas disponible hubiese alcanzado un límite inferior. Aparte está el hecho de que las galaxias están continuamente colisionando, proceso en el que las galaxias espirales terminan por convertirse en elípticas. Así, la ausencia de brazos espirales parece ser un handicap importante para la posible formación de estrellas.

• ~10¹⁵ años (mil billones de años). Los planetas exteriores que no han sido destruidos por los estados finales de su estrella terminan por ser expulsados debido a encuentros fortuitos con otros sistemas estelares y vagar por el espacio.

• ~10¹⁹ años (diez trillones de años). Los cadáveres estelares abandonan las galaxias por un proceso similar a la evaporación; de vez en cuando dos estrellas interaccionan y una de ellas consigue la velocidad de escape suficiente para abandonar el sistema. Las simulaciones por ordenador muestran que el 90% de los objetos abandonarán el sistema mientras el resto terminará colapsando en una agujero negro.

• ~10²⁰ años (cien trillones de años). Los planetas que aún quedasen en órbitas alrededor de cadáveres estelares como enanas blancas terminarán fusionándose con el objeto estelar debido a la pérdida de velocidad orbital por emisión de radiación gravitatoria.

• ~10²³ años (cien mil trillones de años). Las estrellas se dispersan de los cúmulos de galaxias.

• ~10³⁷ años. Sólo quedan agujeros negros, estrellas de neutrones, enanas blancas, enanas marrones, planetas, algo de gas y polvo vagando por el espacio.

• ~10³⁷-10¹⁰⁰ años. Los agujeros negros se están evaporando vía radiación de Hawking. Si los protones son inestables, el resto de la materia se habrá convertido en radiación, electrones, positrones y neutrinos.

• ~10¹⁰⁰-10²⁰⁰ años. Toda la materia (incluidos agujeros negros) se ha convertido en radiación, electrones y positrones. Los protones pueden haberse desintegrado o no (nadie todavía sabe si los protones son estables).

• ~10¹⁵⁰⁰ años. Si los protones fuesen estables, toda la materia terminaría por convertirse en hierro por efecto túnel.

• 10^{100000000000000000000000000}. Todo el hierro se habrá convertido en agujeros negros por efecto túnel, convirtiéndose estos en radiación vía el proceso de Hawking.

    Es interesante convertir la escala temporal a lo que denomina tiempo logarítmico. Podemos decir que el tiempo logarítmico nos da una medida del tiempo en función del tiempo característico de los proceso que suceden en ese momento. Por ejemplo, el tiempo característico en el que el universo actual cambia apreciablemente es del orden de algunos miles de millones de años. Sin embargo, cuando el universo tenía del orden de 1 segundo, su estructura cambiaba rápidamente en décimas de segundo. Definimos el tiempo logarítmico h como

h = log₁₀[t(años)]

De tal manera que podemos resumir toda la historia del cosmos en la siguiente tabla. -El color rojo se refiere a fenómenos donde la física relevante no es conocida o que implican una extrapolación aventurada. En amarillo se indican aquellos fenómenos donde la física no es excesivamente sólida o que implican una extrapolación insegura. El color verde indica física bien conocida y extrapolación con bastante nivel de confianza-.
 

     La tabla anterior nos muestra varias cosas interesantes.

• Que en los primeros segundos (hasta la nucleosíntesis)  del universo ocurrieron tantas cosas relevantes para la estructura de éste como en los siguientes diez mil millones de años.

• Que la extrapolación de la física hacia el pasado implica el mismo grado de extrapolación que hacia el futuro a largo plazo, lo que implica que podemos tratar la escatología cósmica con el mismo grado de confianza científica que el estudio de los orígenes del universo

    Un universo en expansión eterna parece un universo desolador que terminará como una nube de partículas subatómicas que irá perdiendo energía y disminuyendo de densidad eternamente. Un universo con colapso futuro se irá calentando con el tiempo, produciéndose una especie de “retorno” al fuego original del Big Bang donde la materia (en el caso de subsistir antes de su desintegración radiactiva) irá pasando por distintas transiciones de fase donde se irán destruyendo los átomos, núcleos, finalmente acabando en partículas elementales cada vez más exóticas y de mayor energía.
    Ninguno de los escenarios se parece precisamente al paraíso. La vida parece condenada a la extinción y todas los sueños, deseos y esperanzas de la civilización humanas perdidos para siempre en la inmensidad de un universo vacío y congelado o abrasados en un Gran Gemido final.
    Sin embargo, existe un factor que no hemos tenido en cuenta y que podría ser ciertamente relevante para el destino final del universo: la vida inteligente. Esto es debido a que la vida inteligente tiende a manipular la naturaleza en su propio beneficio, introduciendo un factor intencional que no se puede tener en cuenta en física. Al igual que la vida inteligente en la Tierra está transformando el planeta, en el lejano futuro podría manipular y transformar la evolución de nuestra galaxia y por qué no, del universo a gran escala (véase mis comentarios en ciencia y esperanza)

Referencias:

• Adams, F.C. & Laughlin G. 1997. A Dying Universe: The Long Term Fate and Evolution of Astrophysical Objects. Rev. Mod. Phys. 69, 337-372.

• Adams, F.C. & Laughlin G. 1999. "The Five Ages of the Universe : Inside the Physics of Eternity"

• Baez, John 2000. The End of the Universe.

• Barrow, John D. & Tipler,Frank J. 1986. The Anthropic Cosmological Principle. Oxford: Oxford University Press. §10.4, 10.5

• Paul Davies. Los Últimos Tres minutos. Debate 2001.

• Dyson, F.J. 1979. Time without end: physics and biology in an open universe. Reviews of Modern Physics, Vol. 51, No. 3, pages 447-460

• López, Cayetano 1999. Universo sin fin. Taurus. Capítulo VI.

    Una lista completa de referencias puede hallarse en Milan M. Cirkovic 2002 A Resource Letter on Physical Eschatology.

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