الفلك

كم عدد أجيال النجوم التي يمكن أن تتشكل في العصر النجمي؟

كم عدد أجيال النجوم التي يمكن أن تتشكل في العصر النجمي؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

كما هو الحال بشكل عام ، تتكون النجوم من السديم الذي يكون في بعض الحالات هو نفسه نتيجة مستعر أعظم.

تحتاج النجوم أيضًا إلى الهيدروجين لتصبح نجمًا (للقيام بالاندماج النووي) ، لكن النجوم تستهلك الهيدروجين في دورة حياتها. وبالتالي ، يتبقى أقل وأقل من الهيدروجين للجيل المستقبلي ويأخذ المزيد من العناصر الثقيلة في هذا المكان.

كم جيل من النجوم يمكن أن يتشكل حتى لا يتبقى هيدروجين كافٍ لتكوين نجوم جديدة؟


يمكن للمرء أن يصنع ملف نظري الحد الأعلى من خلال النظر في أكثر النجوم قصيرة العمر $ tau_ {short} $، وكمية كبيرة من الهيدروجين الأولي $ M_H $. ثم يمكن حساب جزء الهيدروجين المعاد تدويره $ r $ بعد انتهاء النجم (مع مستعر أعظم) ، والحصول على إجمالي عدد الأجيال مثل $ log (M_ {star} / M_H) / log (r) $. إذا كان أحد يستخدم الكتلة الشمسية $ r حوالي 0.5 دولار وكتلة مجرة ​​من الغاز $ M_H = 10 ^ {10} M_ odot $ يمكن للمرء أن يحصل على 33 جيلًا. يمكن للمرء بالطبع محاولة تعديل هذا باستخدام النجوم الأثقل التي يتم إعادة تدويرها بشكل أفضل ولكنها لا تتأثر بالمعدنية المتزايدة للوسط ، ولكنها ستكون جهدًا ضائعًا: إنه ليس نموذجًا واقعيًا.

يتزايد التداخل بين الأجيال: تتكون النجوم اليوم من غاز مختلط معاد تدويره من جميع الأجيال السابقة. كما أنها تدوم لفترات زمنية مختلفة جدًا اعتمادًا على الكتلة ، لذلك لا يمتلئ خزان الغاز بشكل ملائم للجيل التالي الذي سيتم إنشاؤه ، بل يتم إضافته أثناء استمرار تشكل النجوم. لذا فإن الحديث عن الأجيال يصبح أقل فائدة ، وبدلاً من ذلك من المنطقي التحدث بشكل أساسي عن وقت تشكل النجم أو كمية المعادن التي كان يمتلكها في البداية بسبب خزان غاز شديد التطور.

يمكن للمرء محاكاة تكوين النجوم وإعادة التدوير باستخدام نماذج لكل منها ، ولكنها سرعان ما تتحول إلى معقدة إلى حد ما وأسوأ ، اعتمادًا على افتراضات حول كمية الغاز داخل الكتلة التي ستنخفض في المستقبل ، وهو أمر مقيد بشكل ضعيف. تشير الاتجاهات الحالية في تكوين النجوم إلى أننا اقتربنا من بلوغ ذروة عدد النجوم وأن ذروة تشكل النجوم كانت في الماضي ، لذلك ستتشكل عدد قليل نسبيًا من النجوم في المستقبل حتى تنخفض مستويات الغاز إلى ما دون كثافة السطح الحرجة وتتوقف (انظر القسم د) في هذه الورقة). ولكن إذا برد الغاز داخل الكتلة وأمطرت ببطء ، فقد يؤدي ذلك إلى إطالة الأمور قليلاً. لا يزال ، في حوالي $10^{14}$ سنوات سيتوقف تشكيل النجوم الطبيعي.


هناك 5 أعمار للكون: بعد العصر النجمي الحالي الذي سيطر عليه تكوين النجم الجديد ، سندخل العصر المخيف المنحط المكون من الإشعاع الحر والجسيمات دون الذرية والثقوب السوداء التي لا حصر لها

لكن خلال عصر الانحطاط ، لن يكون هناك هيدروجين للنجوم الجديدة ، ولم يتبق سوى جثث نجمية باهتة مثل الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية والأقزام البيضاء والبنية.

ما هي الأعمار الخمسة للكون؟ الصورة بواسطة وكالة ناسا

العصر المنحط هو عندما يتوقف الكون عن صنع النجوم. وعندما تموت النجوم الأخيرة ، سيتحول الكون إلى مكان كئيب ، مع بقايا نجمية مشتعلة تتلاشى عن الأنظار مثل جمر بارد.

عند التحديق في سماء الليل المظلمة ، غالبًا ما يشعر الفلكيون والشخص العادي بالذهول من العدد الهائل من النجوم الساطعة المرئية بالعين المجردة. من وجهة نظر جيدة في ليلة صافية مع الحد الأدنى من التلوث الضوئي ، يمكن للشخص العادي أن يرى حوالي 2500 نجم فردي.

من السهل أن نتخيل أسلافنا ينظرون إلى سماء الليل نفسها ، حيث تثير المنارات المتلألئة نفس المشاعر (أو الأقوى) التي تثيرها اليوم. ولكن على الرغم من أنه قد يبدو أن الكون لا يتغير - مع النجوم التي تتألق دائمًا لأي مخلوق فضولي بما يكفي للبحث عنها - في الحقيقة ، هذا ليس هو الحال.


من قبل كان هناك ضوء

قبل العصر النجمي كان الكون يغرق في الظلام. بعد فترة إعادة التركيب التي رأى فيها الكون الضوء لأول مرة ، أصبح الظلام مرة أخرى. عندما جمعت الإلكترونات والنوى معًا ، ذاب الحساء دون الذري وأصبح الكون شفافًا لأول مرة. كانت الفوتونات قادرة على السفر لمسافات طويلة وأضاء الكون لبضع ثوان قبل أن تغرق في الظلام.

لا يمكن لتقنيتنا الحديثة أن تحدد بالضبط متى انتهت العصور المظلمة الكونية. على الرغم من أن أفضل تقدير لدينا هو أنه استمر ما بين 300 مليون إلى مليار سنة.

العصور المظلمة

خلال العصور المظلمة ، دخل الكون فترة حاسمة تُعرف باسم إعادة التأين. بعد مرحلة إعادة التركيب (في نهاية هذه المرحلة تم إنتاج CMBR) امتلأ معظم الكون بالمادة المظلمة. كانت النسبة المئوية للمادة الباريونية / العادية أقل بكثير. كانت المادة المظلمة قد صنعت بنية تشبه الهالة بسبب جاذبيتها. لقد اجتاحت جاذبية المادة المظلمة هذه المادة الطبيعية تحت تأثيرها وسرعت من عملية تكوين المجرات. بعض المناطق لديها كثافة ذرات أكبر والبعض الآخر أقل كثافة. تنهار المناطق شديدة الكثافة بفعل جاذبيتها وتواصل المناطق منخفضة الكثافة التوسع. أصبحت الذرات في المناطق الكثيفة وقودًا لنجومنا الأولى.

أظهرت الأبحاث أن هذا التكوين قد أطلق أشعة فوق بنفسجية والتي بدورها بدأت في إعادة التأين. إن اكتشاف وقت انتهاء العصور المظلمة الكونية يمثل تحديًا للعلماء. يمتلك الوسط بين المجرات خاصية امتصاص الضوء فوق البنفسجي ، لذا من الصعب معرفة متى انتهت العصور المظلمة الكونية AKA عندما تشكلت المجرات الأولى. اقرأ المزيد عن هذا في المنشورات ، وتشكيل المادة ، والتضخم في الوحي العلمي.

كشف المادة المظلمة

تم اكتشاف المادة المظلمة عندما اكتشف العلماء أن النجوم الموجودة في أذرع المجرات تدور بنفس السرعة بالقرب من المركز. إذا ذهبنا مع حساب الجاذبية البسيط ، فإن النجوم القريبة من المركز يجب أن تدور بشكل أسرع وتلك القريبة من الذراعين يجب أن تدور بشكل أبطأ. وقد أدى دورانهم المماثل إلى تكهنات بشأن مادة غير مرئية تُعرف الآن باسم المادة المظلمة. يمكن أن يفسر وجودهم أيضًا عدسة الجاذبية التي تنحني فيها سحابة المادة المظلمة / تشوه الضوء من جسم بعيد.


لماذا الكون فارغ

من المحتمل وجود حياة غريبة ، لكن لا يوجد شيء يمكننا رؤيته. لذلك ، يمكن أن تكون الحالة أنه في مكان ما على طول مسار تطور الحياة ، هناك تحد كبير ومشترك ينهي الحياة الفضائية قبل أن تصبح ذكية بما يكفي وواسعة الانتشار بما يكفي لنرى - مرشح عظيم.

يمكن أن يتخذ هذا المرشح عدة أشكال. يمكن أن يكون وجود كوكب في منطقة Goldilocks - النطاق الضيق حول نجم حيث لا يكون الجو حارًا جدًا ولا شديد البرودة بحيث لا تكفي الحياة - وامتلاك هذا الكوكب يحتوي على جزيئات عضوية قادرة على التراكم في الحياة أمر غير محتمل للغاية. لقد لاحظنا الكثير من الكواكب في منطقة Goldilock من النجوم المختلفة (يقدر أن هناك 40 مليار في مجرة ​​درب التبانة) ، ولكن ربما لا تزال الظروف غير مناسبة لوجود الحياة.

يمكن أن يحدث التصفية الكبرى في المراحل المبكرة جدًا من الحياة. عندما كنت في السيرة الذاتية بالمدرسة الثانوية ، قد يكون لديك فكرة مفادها أن "الميتوكوندريا هي القوة المحركة للخلية." لقد فعلت ذلك بالتأكيد. ومع ذلك ، كانت الميتوكوندريا في مرحلة ما عبارة عن بكتيريا منفصلة تعيش في وجودها. حاولت الأرض ، وهي كائن وحيد الخلية ، أن تأكل إحدى هذه البكتيريا ، إلا أنه بدلاً من هضمها ، تعاونت البكتيريا مع الخلية ، منتجة طاقة إضافية مكنت الخلية من التطور بطرق تؤدي إلى أشكال أعلى من الحياة. حدث مثل قد يكون هذا غير مرجح لدرجة أنه حدث مرة واحدة فقط في مجرة ​​درب التبانة.

أو يمكن أن يكون المرشح تطورًا لأدمغة كبيرة ، كما فعلنا. بعد كل شيء ، نحن نعيش على كوكب مليء بالعديد من المخلوقات ، وذكاء البشر لم يحدث إلا مرة واحدة. قد يكون من المرجح بشكل كبير أن الكائنات الحية على الكواكب الأخرى لا تحتاج ببساطة إلى تطوير الهياكل العصبية التي تتطلب الطاقة اللازمة للذكاء.


ماذا لو كان المرشح أمامنا؟

تفترض هذه الاحتمالات أن المرشح العظيم وراءنا - أن البشرية هي من الأنواع المحظوظة التي تغلبت على عقبة تفشل فيها الحياة الأخرى تقريبًا. قد لا يكون هذا هو الحال ، ولكن قد تتطور الحياة إلى مستوانا طوال الوقت ولكن يتم القضاء عليها من قبل بعض الكوارث غير المعروفة. يعد اكتشاف الطاقة النووية حدثًا محتملًا لأي مجتمع متقدم ، ولكن لديه أيضًا القدرة على تدمير مثل هذا المجتمع. إن استخدام موارد كوكب ما لبناء حضارة متقدمة يدمر الكوكب أيضًا: العملية الحالية لتغير المناخ هي مثال. أو قد يكون شيئًا غير معروف تمامًا ، تهديدًا كبيرًا لا يمكننا رؤيته ولن نراه إلا بعد فوات الأوان.

الاقتراح الكئيب والمعارض للبديهة للفلتر العظيم هو أنه سيكون علامة سيئة للإنسانية أن تجد حياة غريبة ، وخاصة الحياة الفضائية بدرجة من التقدم التكنولوجي مماثلة لحياتنا. إذا كانت مجرتنا فارغة وميتة حقًا ، فمن المرجح أننا مررنا بالفعل من خلال الفلتر العظيم. يمكن أن تكون المجرة فارغة لأن كل أشكال الحياة الأخرى فشلت في بعض التحديات التي مرت بها البشرية.

إذا وجدنا حضارة غريبة أخرى ، ولكن ليس كونًا يعج بمجموعة متنوعة من الحضارات الفضائية ، فإن المعنى الضمني هو أن الفلتر العظيم ينتظرنا. يجب أن تكون المجرة مليئة بالحياة ، لكنها ليست حالة أخرى من الحياة قد توحي بأن العديد من الحضارات الأخرى التي يجب أن تكون هناك قد تم القضاء عليها بسبب بعض الكوارث التي لم نواجهها نحن ونظرائنا الفضائيون بعد.

لحسن الحظ ، لم نجد أي حياة. على الرغم من أنه قد يكون وحيدًا ، إلا أنه يعني أن فرص البشرية في البقاء على قيد الحياة على المدى الطويل أعلى قليلاً من غير ذلك.


ما وراء الثقافتين: إعادة التفكير في العلوم والعلوم الإنسانية

هناك حاجة إلى تعاون متعدد التخصصات لإنقاذ الحضارة.

  • هناك انفصال كبير بين العلوم والإنسانيات.
  • تحتاج حلول معظم مشاكل العالم الحقيقي إلى طريقتين من المعرفة.
  • يعد تجاوز الفجوة بين ثقافتين خطوة أساسية لضمان مشروعنا الحضاري.

على مدى السنوات الخمس الماضية ، كنت أدير معهد المشاركة متعددة التخصصات في دارتموث ، وهي مبادرة ترعاها مؤسسة جون تمبلتون. كانت مهمتنا هي إيجاد طرق لجمع العلماء والإنسانيين معًا ، غالبًا في الأماكن العامة أو - بعد Covid-19 - عبر الإنترنت ، لمناقشة الأسئلة التي تتجاوز الحدود الضيقة لنظام واحد.

اتضح أن هذه الأسئلة هي في صميم المحادثات الملحة والمطلوبة حول مستقبلنا الجماعي. في حين أن تعقيد المشكلات التي نواجهها يتطلب تكاملًا متعدد الثقافات لطرق مختلفة من المعرفة ، فإن الأدوات المتاحة نادرة وغير فعالة في الغالب. نحن بحاجة إلى إعادة التفكير وتعلم كيفية التعاون بشكل منتج عبر الثقافات التخصصية.


علم الفلك 120 نهائي

-مئات النجوم
- تجمعات غير منتظمة الشكل
-النجوم الزرقاء الساطعة
- أذرع درب التبانة واللوالب الأخرى - وتستمر في التكون هنا
- النجوم الشابة التي تشكلت مؤخرًا في أقراص المجرات
- المزيد من العناصر الثقيلة (المجموعات الكروية تطبخ عناصر أخف إلى عناصر أثقل وتطلقها لتشكل عناقيد مفتوحة)
-في طائرة مجرتنا
- تسلسلات رئيسية طويلة

المجموعات المفتوحة تختلف في العمر

- 10000-100000 نجمة
-متماثل
-نجوم عملاقة حمراء مشرقة
-تقع في هالة أو انتفاخ المجرة
- تتكون من نجوم قديمة تشكلت عندما كان الكون أصغر سنا
- لم يعد يتشكل في مجرتنا
-في بعض الأحيان يتم إخراج النجوم
- أعلى وأسفل درب التبانة (هالة كروية حولنا)

3M (حد أوبنهايمر-فولكوف)

لا يمكن السماح بهذا لأن الكثير من الطاقة يمكن أن تندلع من هناك - سيكون الأمر سيئًا للغاية إذا لم يكن هناك أفق حدث يحميه من بقية الكون.

النجم النيوتروني
الكتلة النجمية الأولية: 8-25 م
كتلة الجسم المدمجة: 1.4-2M
الدعم: قوة نووية قوية
المرصودة: النجوم النابضة الراديوية

ثقب أسود
الكتلة النجمية الأولية: GT25M
كتلة الجسم المدمجة: 3-16 م
الدعم: لا قوى كلاسيكية (الجاذبية الكمية؟)
تمت ملاحظته: تراكم الثنائيات (مصادر الأشعة السينية)

الضوء الأحمر = يمكن أن يخترق السحابة بسهولة أكبر ولكنه لا يزال يمتص إلى حد ما

الأشعة تحت الحمراء - تقطع مباشرة

لذلك: تجعل السحب البينجمية نجوم الخلفية تبدو أكثر احمرارًا مما هي عليه في الواقع

نجوم الهالة: مدارات إهليلجية للغاية موجهة بشكل عشوائي

2) الخواص: على المقياس الأكبر ، يبدو الكون المحلي هو نفسه في أي اتجاه يلاحظه المرء

2) الكون قديم إلى الأبد وسيبقى إلى الأبد دون أي تغييرات كبيرة

عدد النجوم يزيد مع مربع المسافة

شدة الضوء تتناقص مع مربع المسافة

الزمكان يخبر المادة كيف تتحرك
تخبر المادة الزمكان كيف ينحني


المحاضرة 2: الموت في الكون

الكون يتوسع الكون يسرع مجرة ​​درب التبانة ستصطدم مع أندروميدا. سنوات - العصر القديم - 10 14 عامًا -> 10 45 عامًا - عصر الثقب الأسود - 10 45 عامًا -> 10 100 عام - العصر المظلم -> 10 100 عام بعد العصر المظلم ، من المحتمل أن تصبح الحياة مستحيلة.

ينتهي الأمر بالشمس كقزم أبيض مع R.

صأرض انتهى فقدان الكتلة ، واستقرت الكواكب المتبقية في مداراتها النهائية: - الزهرة عند 1.34 AU - الأرض عند 1.85 AU - المريخ عند 2.8 AU فقدت الأرض شمسها حيث بدأ القزم الأبيض يبرد ببطء ويتلاشى في ليلة طويلة .

في غضون بضعة مليارات من السنين ، ستصطدم درب التبانة بأندروميدا. سيشكل مجرة ​​واحدة كبيرة.

السماء الفارغة مع توسع الكون: - يستمر التوسع إلى الأبد بمعدل أسرع - يتسع الفضاء بين مجموعات المجرات - يبرد الكون بمعدل أسرع. "الأفق الكوني" - المسافة التي لا يمكننا أن نلاحظ بعدها بسبب السرعة المحدودة الضوء - ستختفي بعد ذلك أقرب المجرات غير المرتبطة بالمجموعة المحلية

10 - 11 سنة - ستكون السماء خالية من المجرات

خمسة اعمار من الكون العصر البدائي - الانفجار الكبير -> 10 6 سنوات العصر النجمي - 10 6 سنوات -> 10 14 عامًا العصر المتدهور - 10 14 عامًا -> 10 45 عامًا عصر الثقب الأسود - 10 45 عامًا -> 10100 عام العصر المظلم -> 10100 سنوات

العصر النجمي: 10 - 6 سنوات -> 10 - 14 سنة

يشمل الوقت الحاضر - يستمر تشكيل النجوم - فقط النجوم ذات M> 0.8M؟ لقد كان لديها الوقت لاستخدام الهيدروجين التطور المستقبلي - سيتوقف تشكل النجوم في النهاية - ستهيمن النجوم ذات الكتلة المنخفضة

نهاية تكوين النجوم بعد t = 10 14 سنة: يتم حجز المزيد من المادة على التوالي في بقايا نجمية ، مما يؤدي إلى استنفاد احتياطيات الغاز الحر. دورة ولادة النجوم وموتها مكسورة: الوقود النووي مستنفد. تحترق الأقزام الحمراء كأقزام بيضاء منخفضة الكتلة يتم حبس المادة المتبقية في الأقزام السوداء والنجوم النيوترونية الباردة والثقوب السوداء. تتلاشى النجوم الأخيرة في ليلة طويلة.

أصغر النجوم أصغر نجم جماعي قادر على صهر الهيدروجين هو

0.08 كتل شمسية يبلغ عمر هذه النجوم 10 إلى 13 عامًا

نهاية الحياة؟ بدون توليد الطاقة النووية في النجوم ، يكون الحفاظ على الحياة أكثر صعوبة مع استمرار وجود بعض الهيدروجين ، لذلك لا يزال الاندماج ممكنًا يمكن أن `` يحصد '' الأقزام البنية

العصر المنحل: 10 - 14 سنة -> 10 - 45 سنة

النظام الشمسي "التبخر" بعد t = 10 15 عامًا: تندر مواجهات الجاذبية بين النجوم ، لكنها تعطل أنظمة المدارات: - تتعطل أنظمة الكواكب بسبب اللقاءات النجمية وتنتشر كواكبها. - أنظمة ثنائية واسعة مفككة. - النجوم الثنائية القريبة تتحد في بقايا مفردة.

انحلال المجرات بعد t = 10 19 عامًا: تتفاعل البقايا النجمية داخل المجرات عبر العديد من المدارات. بعض النجوم تكتسب الطاقة من التفاعل و

90٪ طردوا من المجرة. بعد t = 10 24 سنة يفقد الآخرون الطاقة ويغوصون باتجاه المركز. بعد t = 10 30 سنة تلتحم آخر 10٪ من البقايا في ثقوب سوداء فائقة الكتلة.

انحلال المادة؟ بعد t = 10 32-45 سنة: تتنبأ بعض نماذج الجسيمات أن البروتونات غير مستقرة. تتحلل البروتونات إلى إلكترونات ، بوزيترونات ، إلى نيوترينوات. كل ما هو ليس في الثقوب السوداء يتفكك.

نهاية الحياة؟ بدون توليد الطاقة النووية ، تصبح الحياة كما نعرفها مستحيلة فعليًا مصادر الطاقة فقط ضعيفة للغاية إشعاع الخلفية والجاذبية سيتعين عليها تعلم كيفية حصاد طاقة الجاذبية

عصر الثقب الأسود: 10 45 سنة -> 10100 سنة

الثقوب السوداء فقط هي التي تركت نوعين - ثقب أسود فائق في مركز المجرة - ثقوب سوداء ذات كتلة نجمية

تبخر الثقوب السوداء بعد t = 67 سنة: - تتبخر الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية المتبقية عن طريق انبعاث الجسيمات عبر إشعاع هوكينغ. بعد t = 10 100 عام: - تتبخر الثقوب السوداء الهائلة واحدة تلو الأخرى. نهاية حقبة المادة المنظمة

العصر المظلم:> 10100 سنة

بعد أن تتبخر جميع الثقوب السوداء: - يستمر الكون في البرودة نحو درجة حرارة إشعاع تبلغ الصفر المطلق. - المادة فقط هي غاز رقيق عديم الشكل من الإلكترونات والبوزيترونات والنيوترينوات. - الإشعاع فقط هو عدد قليل من الفوتونات ذات الانزياح الأحمر المتزايد.

النهاية باردة ومظلمة ومضطربة.

نهاية الحياة؟ كل شيء في نفس درجة الحرارة ونفس الانتروبيا وفقًا للقانون الثاني للديناميكا الحرارية ، فلا توجد إذن مصادر للطاقة

تصبح الحياة مستحيلة فعليًا.


المستقبل البعيد للكون

قسم آدامز ولوفلين تاريخ الكون إلى خمسة عصور متميزة: العصر البدائي ، والعصر النجمي ، والعصر المنحط ، وعصر الثقب الأسود ، والعصر المظلم. امتد العصر البدائي الناري من الانفجار العظيم حتى حوالي 300000 عام وتميز بكون حارق حالت ظروفه القاسية دون تمكن حتى الذرات البسيطة من الوجود. العصر الثاني ، العصر النجمي ، هو عصر النجوم المفعم بالحيوية الذي نعيش فيه حاليًا ، وسيكون بمثابة بداية رحلتنا إلى المستقبل.

نشأت الغالبية العظمى من التنبؤات في هذا الكتاب من العمل المذكور أعلاه لفريد آدامز وغريغوري لافلين ، بالإضافة إلى ورقة 1979 التي كتبها فريمان دايسون: زمن بلا نهاية: الفيزياء والبيولوجيا في عالم مفتوح. سأحاول تقديم روابط إن أمكن عند استخدام مصادر إضافية.

في حين أن المواد الواردة هنا مثيرة للتفكير تمامًا ، يرجى أن تضع في اعتبارك أن هذا يعتمد على تيار الملاحظات والمعرفة العلمية. مع اكتشافات جديدة ، قد يظهر نموذج مختلف لمستقبل الكون. ستكون هذه المقالة مختلفة جذريًا لو كتبت قبل قرن من الزمان فقط. ومع ذلك ، فإن التنبؤات الواردة أدناه دقيقة بقدر ما يمكن أن تستند إلى فهم العلماء الحالي للعالم.

دون مزيد من اللغط ، دعونا نقفز في آلة الزمن ونرى ما ينتظرنا!

في الواقع ، كما سنرى ، ستبدو الحالة الحالية لكوننا كعيد لإمبراطور روماني شره بشكل خاص لأي أشكال حياة تسكن الكون في المستقبل البعيد.

في حين أن استعمار الفضاء هو شيء لست على دراية به ولا أشعر بالفضول تجاهه بشكل خاص ، فقد اعتقدت أنه يجب على الأقل أن أعطي الموضوع إشارة سريعة هنا. لقد سمعت أنه قال إن الأمر سيستغرق ما لا يقل عن مليون سنة لاستعمار مجرة ​​درب التبانة بالكامل. من الممكن نظريًا أننا لا نستطيع فعل ذلك فحسب ، بل أيضًا استعمار المجرات الأخرى في مجموعتنا المحلية ، ولكن أي شيء يتجاوز ذلك أمر مشكوك فيه تمامًا.

كما سنرى قريبًا ، لا يتوسع الكون فحسب ، بل إنه يفعل ذلك أيضًا بمعدل متسارع. الأجسام خارج حجم هابل (كرة من حولنا تمتد 14.4 مليار سنة ضوئية في كل اتجاه) تتحرك بالفعل بعيدًا عنا أسرع من سرعة الضوء ، مما يعني أنه لا يمكن لأي معلومات أن تصل إلينا أبدًا من وراء تلك النقطة. هذا الموقف الذي يبدو متناقضًا ممكنًا لأن الفضاء نفسه يتوسع في كل مكان في وقت واحد. بينما لا يمكن لأي شيء أن يتحرك فيزيائيًا أسرع من الضوء ، فمن الممكن أن يتمدد الفضاء بشكل أسرع من الضوء بين جسمين.

أندروميدا وجميع المجرات الأخرى في مجموعتنا المحلية مرتبطة بمجرة درب التبانة عن طريق الجاذبية ، لكن لا شيء يتجاوز هذا العنقود. بينما يمكننا نظريًا استعمار مناطق خارجها ، فإننا في النهاية سنفقد الاتصال بهذه المستعمرات بشكل دائم عندما تبدأ المجرات التي تقطنها في الانحسار بعيدًا عنا أسرع من سرعة الضوء.

أدرك أن استعمار الفضاء هو موضوع مثير للغاية لكثير من الناس ، لذلك سأترك رابطًا هنا للموقع الشخصي لإيزاك آرثر ، الفيزيائي الذي صنع العديد من مقاطع الفيديو التي يمكن الوصول إليها ، والتي يتمحور الكثير منها حول جوانب مختلفة من استعمار الفضاء.

بغض النظر عن مستوى اهتمام الفرد باستعمار الفضاء ، سيصبح هذا في النهاية مجالًا سيتعين علينا إتقانه إذا أردنا الحفاظ على أنفسنا والأنواع الأخرى على هذا الكوكب.

تحافظ الشمس على الحياة على الأرض من خلال توفير الحرارة والضوء اللازمين لوجود جميع أشكال الحياة تقريبًا. تقوم بذلك عن طريق دمج الهيدروجين في الهيليوم داخل نواتها ، مما يؤدي إلى إطلاق قدر كبير من الطاقة في هذه العملية. لسوء الحظ ، يتسبب الهيليوم الذي تنتجه الشمس أيضًا في تسممها ببطء حيث يتراكم المزيد والمزيد منه. مع نمو إمداد الشمس بالهيليوم ، يزداد أيضًا إنتاج طاقتها. أصبحت الشمس بالفعل أكثر دفئًا وإشراقًا بشكل غير محسوس مع مرور الوقت.

في حين أن هذا لا معنى له فعليًا في الوقت الحالي ، فمن المتوقع أن تصبح الشمس أكثر إشراقًا بنسبة 1٪ تقريبًا على مدار المائة مليون سنة القادمة أو نحو ذلك ، وبنسبة 10٪ في مليار سنة. قد لا تبدو نسبة 10٪ كبيرة ، لكنها ستكون أكثر من كافية للقضاء على كل أشكال الحياة تقريبًا على الكوكب وحتى تبخر المحيطات.

والأسوأ من ذلك ، في غضون خمسة إلى ستة مليارات سنة ، ستستنفد الشمس آخر هيدروجين في قلبها وتبدأ في الانهيار تحت تأثير جاذبيتها. سيؤدي ذلك إلى تقلص اللب والبدء في دمج الهيليوم في عناصر أثقل. ستبدأ قوة اندماج الهيليوم في الدفع ضد الانهيار التثاقلي وتتسبب في بدء تمدد الطبقات الخارجية للشمس. في هذه المرحلة ، تصبح الشمس نجمًا أحمر عملاقًا. سيستمر في التوسع حتى 7 أو 8 مليارات سنة في المستقبل ، حتى يبتلع عطارد والزهرة. ليس من المؤكد بعد ما إذا كانت الأرض والمريخ ستنجو من هذا الحدث.

بمجرد توقف هذا التمدد بسبب نقص الهيدروجين أو الهيليوم في لب الشمس ، ينهار اللب أخيرًا تحت جاذبيته ، مما يؤدي إلى تفجير طبقاته الخارجية في انفجار عنيف. يصبح نواة الشمس المنهارة قزمًا أبيض - بقايا نجمية حارة ستبرد ببطء إلى درجة حرارة خلفية الكون. سأخوض في مزيد من التفاصيل حول الأقزام البيضاء في قسم العصر المنحل لأنه ليس لديهم صلة كبيرة في العصر الحالي.

ستصبح سماء الليل المألوفة غير قابلة للتمييز أكثر فأكثر بينما نمضي قدمًا عبر العصر النجمي. إذا كنت تشاهد مونتاجًا لسماء الليل وهي تتحول إلى المستقبل ، فإن التغيير الأول الذي ستلاحظه هو إعادة الترتيب البطيء ولكن الثابت للأبراج حيث تتحرك النجوم التي تتكون منها عبر الفضاء. هذا شيء لن يستغرق سوى عشرات الآلاف من السنين حتى يبدأ في الظهور.

مع تقدمك أكثر فأكثر في المستقبل ومشاهدة شمسنا تبدأ في الاقتراب منا بشكل غير مريح أكثر فأكثر ، ستلاحظ زيادة مطردة في النجوم التي يمكن رؤيتها بالعين المجردة. في غضون 2.4 مليار سنة ، ستصطدم مجرة ​​سحابة ماجلان القزمة وتندمج مع مجرة ​​درب التبانة. سيتبع هذا الحدث اندماج أكثر إثارة بين مجرة ​​درب التبانة ومجرات أندروميدا في غضون 4 إلى 5 مليارات سنة. على الرغم من أن الطبيعة المنتشرة للفضاء تعني أننا لن نشهد على الأرجح أي تصادمات في نظامنا الشمسي ، فإن هذه الاندماجات ستضيء سماء الليل حيث يتسبب الهيدروجين الحر في المجرتين في إطلاق موجة جديدة من تشكل النجوم.

على مدار 450 مليار سنة تقريبًا ، ستصطدم جميع المجرات في مجموعتنا المحلية مع بعضها البعض ، مما يخلق مجرة ​​واحدة ضخمة. قبل اكتمال عمليات الدمج هذه ، سيكون هناك تغيير مثير للقلق في سماء الليل المألوفة.

كما ذكرنا سابقًا ، يتوسع الكون ويسرع من المعدل الذي يقوم به في نفس الوقت. في الوقت الحالي ، يتراجع كل شيء يبعد عنا أكثر من 14.4 مليار سنة ضوئية أسرع من سرعة الضوء ، ولكن مع مرور الوقت ، سيبدأ المزيد والمزيد من الكائنات خارج مجموعتنا المحلية في الابتعاد عنا أسرع من الضوء وستختفي منها سماء الليل. في غضون 150 مليار عام ، سيكون كل شيء خارج مجموعتنا المحلية قد ترك عالمنا المرئي. لن يتمكن أي مراقب في مجرتنا من رؤية جسم واحد وراء هذه النقطة. بقدر ما سيتمكنون من معرفة ذلك ، فإن مجموعتهم الصغيرة من المجرات هي كل ما كان موجودًا أو كان موجودًا في أي وقت مضى.

الشفق الغريب للنجوم

مع تقدم العصر النجمي ، يتم استنفاد إمدادات الهيدروجين في الكون ببطء حيث تعيش أجيال من النجوم وتموت ، مما يؤدي إلى اندماج الهيدروجين في الهيليوم في هذه العملية. نتيجة لذلك ، يبدأ تكوين النجوم في التناقص في مكان ما بين 1 تريليون إلى 10 تريليون سنة في المستقبل (10 12 إلى 10 13 عامًا) وينخفض ​​بشكل كبير وجود نجوم أكثر ضخامة على وجه الخصوص. في هذا الوقت تقريبًا ، بدأ الكون في رؤية ولادة نوعين من النجوم لم يتمكنا بعد من الظهور إلى الوجود.

في حين أن النجوم الأكبر مثل شمسنا ومنكب الجوزاء تتضخم لتصبح عمالقة قبل أن تنفجر وتتخلص من طبقاتها الخارجية ، فإن الأقزام الحمراء الأصغر حجماً والمحمولة بالكامل تخرج بطريقة أكثر سلمية. بمجرد أن يدخل القزم الأحمر المراحل المتأخرة من حياته ، يبدأ في الاحتراق أكثر سخونة ، وأحيانًا ما يكفي لإصدار الضوء على الجانب الأزرق من الطيف الكهرومغناطيسي. في هذه المرحلة من حياته ، يطلق عليه اسم القزم الأزرق. ستستمر في حرق الهيدروجين المتبقي قبل أن تستقر بسلام كقزم أبيض هيليوم بمجرد عدم وجود المزيد من الهيدروجين المتبقي للانصهار.

نظرًا لطول عمر الأقزام الحمراء (800 مليار إلى 12 تريليون سنة) ، لم يعش قزم أحمر واحد طويلًا بما يكفي ليصبح قزمًا أزرق.

والأغرب من ذلك هو ما يسمى بالنجوم المجمدة التي اقترح وجودها فريد آدامز وغريغوري لافلين. بمجرد أن يصل متوسط ​​محتوى الهيدروجين في السحب الغازية المكونة للنجوم في الكون إلى مستوى منخفض بدرجة كافية ، ستبدأ هذه الأجسام الغريبة في التكون. سيكون لهذه النجوم كتل أقل بكثير من كتلة أي نجم اليوم - 4٪ فقط من كتلة الشمس - وستكون درجات حرارة سطحها منخفضة بما يكفي لتكوين الجليد عليها. ومع ذلك ، ستكون داخل نواتها في الواقع نجومًا تحترق الهيدروجين.

سيتم توفير الخصائص الغريبة لهذا النجم من خلال العزل الممنوح له بكميات المعادن (عناصر أخرى غير الهيدروجين أو الهيليوم) الموجودة بداخله ، والتي ستعزل اللب وتحبس الحرارة الكافية للسماح بحدوث اندماج الهيدروجين على الرغم من من عدم وجود ضغط الجاذبية. من المتوقع أن تستمر هذه الأجسام الغريبة في دمج الهيدروجين لمدة تصل إلى كوادريليون سنة (10 15 عامًا).

المصطلح المؤسف إلى حد ما للعصر المنحط لا علاقة له بالانحلال الأخلاقي بين الأجرام السماوية. في هذا العصر ، تهيمن البقايا النجمية المتدهورة على الكون مثل الأقزام البيضاء والنجوم النيوترونية ونجوم الكوارك النظرية. على عكس النجوم ، التي تدمج الهيدروجين بنشاط في الهيليوم في نواتها للضغط على الانهيار التثاقلي ، تتماسك البقايا النجمية المتدهورة معًا بواسطة ضغط الانحلال.

في الأساس ، لا يسمح مبدأ استبعاد باولي لجسيمين باحتلال نفس الحالة الكمية ، وكل الجسيمات التي تدفع ضد بعضها البعض تمنع النجم من الانهيار في ثقب أسود. تعتمد الجسيمات المتورطة تحديدًا على مدى كتلة الجسم ومدى تماسك المادة معًا نتيجة لذلك. الأقزام البيضاء مرتبطة ببعضها البعض عن طريق ضغط انحلال الإلكترون ، والنجوم النيوترونية بواسطة ضغط انحلال النيوترون ، ونجوم الكوارك بضغط انحلال الكوارك.

بغض النظر ، مع تلاشي تشكل النجوم بالكامل تقريبًا ، فإن هذه الأجسام الغريبة - بقايا التبريد لعربدة كونية كبيرة كانت ذات يوم - تسلط الضوء ، وتصبح تفاعلاتها الأحداث الرئيسية في عالم دائم التطور.

نجوم العصر المنحل

كما ذكرنا سابقًا ، يؤدي العصر المنحل اليمين مع حفنة من النجوم القزمة الحمراء (أو الزرقاء) القوية التي لا تزال تضيء مجراتها بقدرة إنتاجها الضئيلة. سوف تموت هذه أيضًا مع مرور تريليونات السنين الأخرى ، لكن عمليات تكوين النجوم غير التقليدية ستضمن استمرار ولادة جديدة ببطء لملايين السنين القادمة. يتضمن أحد السيناريوهات التي يتم ذكرها بشكل شائع تكوين نجم قزم أحمر نتيجة اصطدام قزمان بنيان. الأقزام البنية هي أجسام أكبر بعشرات المرات من كوكب المشتري ولكنها ليست ضخمة بما يكفي لتصبح نجمًا يحترق الهيدروجين ، ويمكن أن ينتج عن اصطدام جسمين من هذا القبيل جسم جديد بكتلة كافية لبدء تفاعلات الاندماج.

السيناريو الثاني هو الذي افترضه كوه شوان يانغ على مدونته. تمتلئ المجرات بسحب واسعة منتشرة من غاز الهيدروجين في الغالب ، والأقزام البنية تجذب وتجمع هذا الغاز بمعدل بطيء للغاية أثناء تحركها عبر الفضاء ، مما يزيد من كتلتها ببطء. بعد عشرات المليارات من السنوات من التراكم البطيء ، يمكن للقزم البني أخيرًا الحصول على كتلة كافية لبدء حرق الهيدروجين ، والتحول إلى نجم. سيضمن كل من سيناريو تصادم القزم البني السالف الذكر أن الكون سيستمر في التألق باعتدال لفترة طويلة بعد وفاة آخر نجم تم تكوينه بشكل نموذجي بعد 100 تريليون سنة في المستقبل.

على الرغم من أن الأقزام البيضاء هي المكافئ النجمي للأفران المهجورة ، إلا أنها ستستمر في تسخين وتنوير الكون من حولها لفترة أطول بكثير من النجوم التي ولدت منها. نتيجة لانخفاض مساحة السطح والكثافة العالية للقزم الأبيض ، فإنها تشع حرارتها بعيدًا ببطء شديد. علاوة على ذلك ، يبرد القزم الأبيض بشكل أبطأ ويصبح أبطأ كلما أصبح أكثر برودة. تشير التقديرات إلى أن متوسط ​​القزم الأبيض سيصل فقط إلى درجة حرارة خلفية الكون ، وبالتالي يصبح قزمًا أسود ، في غضون كوادريليون سنة بعد ولادته. هذا إذا لم يفعل شيئًا سوى الجلوس والاستراحة.

في حين أن طبيعة المادة المظلمة هي لغز حاليًا ، يعتقد بعض الفيزيائيين أنها تتكون من جسيمات ضخمة ضعيفة التفاعل (WIMPs) ، والتي تتفاعل فقط مع مادة أخرى عن طريق قوة الجاذبية والقوة النووية الضعيفة. إذا كانت هذه النظرية صحيحة بالفعل ، فإن المادة المظلمة سوف تتراكم ببطء في النهاية بواسطة الأقزام البيضاء وستتلاشى داخل نواتها ، مما يؤدي إلى تسخين البقايا النجمية قليلاً في هذه العملية. بالنظر إلى الوقت الكافي ، من المتوقع أن تلتهم الأقزام البيضاء كل المادة المظلمة في المجرة بهذه الطريقة ، حتى يتم استنفاد إمدادات المادة المظلمة ويبرد القزم الأبيض أخيرًا إلى قزم أسود في غضون 10 24 عامًا تقريبًا (1 سبتليون) سنوات.)

بغض النظر عن كيفية سير العملية في النهاية ، لن يقضي كل قزم أبيض سنوات الشفق في مثل هذا الملل. ستخرج بعض الأقزام البيضاء في انفجارات سوبر نوفا إما بعد اصطدامها بقزم أبيض آخر ، أو تراكم كمية كافية من الغاز من الفضاء لتجاوز ضغط تنكس الإلكترون الذي يدعمها وتخضع لانهيار الجاذبية.

على الرغم من أن حركات الكواكب والنجوم عبر السماء يمكن أن تبدو أبدية وخالدة ، إلا أنها في الواقع ليست كذلك. يمكن أن تتعطل مدارات الكواكب والنجوم أحيانًا عن طريق الاتصال الوثيق بالأجسام الضخمة الأخرى. عندما يطير جسم في الفضاء قريبًا جدًا من جسم أكثر كتلة ، فإنه "يستعير" بعض طاقته المدارية ويتسارع. يمكن أن يؤدي ذلك إلى إخراج الكواكب من مدارات نجومها وتحويلها إلى كواكب شريرة ، أو حتى إخراج الكواكب أو النجوم من المجرة. حسب فريمان دايسون أنه في غضون كوادريليون سنة فقط (10 و 15 عامًا) ، سيتم طرد جميع الكواكب في المجرة من مدارات نجومها.

تؤثر هذه العملية بالطبع على النجوم والبقايا النجمية ، وتشير التقديرات إلى أن أكثر من 90٪ من جميع بقايا النجوم سيتم طردها في النهاية من المجرة ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى مواجهات قريبة مع الثقب الأسود الهائل في مركز المجرة. الأخرى

سوف يلتهم الثقب الأسود الوحش 10٪ في نهاية المطاف حيث تتحلل مداراتهم ببطء على مدى الدهور مثل جسم يدور حول الصرف ، وينتقلون بشكل حلزوني إلى الثقب الأسود. بحلول 10 و 24 عامًا (1 سبتليون) في المستقبل ، لن تكون مجرتنا التي كانت نابضة بالحياة في يوم من الأيام أكثر من ثقب أسود وحش يدور حوله ثقوب سوداء أصغر.

كائنات دايسون وحضارات الثقب الأسود

When examining the desolation of the Degenerate Era, it can seem intuitive that life cannot possibly continue to exist in the face of such bleak conditions. This is not necessarily so.

One of the most fantastical and well-known constructions that have been proposed in hard science fiction is the idea of a Dyson Sphere - a sphere constructed around a star in order to make use of all of the energy that it produces. Although Freeman Dyson - the man who invented the idea - only intended the idea as a joke, and it is quite doubtful whether such a thing could actually be pulled off, the idea could be made to work with a white dwarf instead of a regular star.

As mentioned earlier, white dwarfs radiate away their heat at very slow rates. It is highly unlikely that any habitable planet could exist around one as it would have to orbit in so closely that it would be tidally locked and would risk being destroyed by the dead star's gravitational tidal forces. A sphere constructed around such an object could sustain a fairly large population of aliens, animals, and/or people, and a scientific paper has even been written about how such an object might work. Such a construction could sustain a population for at least a quadrillion years, with the hopes that another brown dwarf would ignite and become a red dwarf and later white dwarf in the meantime, to serve as the next home of the species.

A much stranger future home for anyone still around in the far future would be a black hole. As I will discuss in the next section, black holes actually slowly radiate energy. While no naturally forming black hole radiates enough to sustain life, artificially-formed smaller black holes could. Isaac Arthur has produced multiple fascinating videos on the subject, but the gist is that a future civilisation could create a small black hole and slowly feed it with matter to sustain its energy output.

Failing this, black holes can also be used as an energy source by either harnessing the kinetic energy from its accretion disc by dropping items into it, or by slowly decreasing its spin and extracting its rotational energy via the Penrose process, named after and invented by Roger Penrose.

Freeman Dyson put forth a fascinating scaling hypothesis for life, which was also touched upon in Fred Adams and Gregory Laughlin's Five Ages of the Universe . Essentially, the idea is that we can imagine life-forms that exist at any particular temperature, and that the life-form's energy consumption rate is directly proportional to its temperature. So if there can exist a critter that thrives at half the temperature that we thrive in, it would conduct its natural processes at half the speed that we do ours.

Such a "Dyson organism", as Adams and Laughlin referred to it, could experience life at rates vastly slower than we do, but could survive in the bleak world of the Degenerate Era and perhaps even beyond.

Isaac Arthur further extended this idea by exploring the concept of intelligent life converting themselves to computers. If intelligent life could indeed exist in such a form, it would be free to modify its own "biology" and slow its natural processes down to conserve energy. Perhaps such computerised beings could even exist on the meager energy output of a typical naturally-formed black hole.

The End of Matter as We Know It

All good things must come to an end, and some models of particle physics suggest that they will come to an end sooner rather than later. The atoms that make up us and everything around us are composed of protons, neutrons, and electrons. Neutrons are stable when bound to protons, but decay within 10 minutes if they are alone. While the Standard Model of particle physics predicts that protons are eternal, other popular models of physics suggest that they will decay into elementary particles in 10 40 years or less.

Proton decay is expected to be a slow and tedious process, not a sudden complete disintegration of all baryonic matter. If you were to observe a black dwarf floating in the empty void 10 37 years in the future and somehow take a census of all of its constituent protons, and then travel to 10 38 years in the future, you would find that 1% of the protons are now missing. Travel to 10 39 and you would find 10% missing, travel one more order of magnitude into the future and there would be nothing left at all.

Now, unlike all of the other predictions mentioned on this page, there is no actual evidence that this will occur aside from predictions from some unproven particle models. Experiments have been done to attempt to prove proton decay by monitoring a large pool of water with sensitive particle detectors meant to detect neutrino emissions from decaying protons, but none of these experiments have so far borne fruit.

I personally do not believe that proton decay will actually occur, but since it is still a popular notion, I decided it was worth including.

Either way, if proton decay does indeed occur, all baryonic matter - black dwarfs, planets, brown dwarfs - will cease to exist after around 10 40 years.

If proton decay is indeed not in the cards, there may still be some stalwart life-forms desperately clinging to existence in this desolate and distant era. If they do exist, then they are computer-based and survive by orbiting and harnessing the energy of a smaller black hole. There is almost no chance of organic life surviving into the Black Hole Era.

With all other macroscopic matter having either decayed away or been banished to the infinite void, black holes become the protagonists of the story in this era. In The Five Ages of the Universe , Fred Adams and Gregory Laughlin estimate that the galaxies that comprise our observable universe, will together have 10 40 galactic core black holes and 10 46 regular black holes by the start of this era. Bereft of other matter on which to engorge themselves, they will slowly seek out each other before colliding and merging into larger black holes.

When black holes merge together, they release a titanic amount of their energy in the form of gravitational radiation. One black hole merger that scientists observed was between a black hole with 85 solar masses and one with 66 solar masses. The resulting black hole came out to be of 142 solar masses the remaining 8-9 solar masses being released in gravitational waves. These occasional outbursts will be the sole source of liveliness in the otherwise bland first act of the Black Hole Era.

One of the most fascinating scientific discoveries of the past century is that empty space is not actually empty. No matter where you may be in outer space (or on Earth), if you were to look deeply enough at the space around you, you would see that it is populated by an endless sea of particles and anti-particles that are steadily popping into existence and annihilating with each other. A sort-of quantum foam. To quote Lawrence Krauss: "nothing is something".

To be clear, this is not a theoretical construct. This is a phenomenon that has both been observed and that was needed to take into account to accurately calculate the weight of a hydrogen atom. Although this strange phenomenon has little bearing on our daily lives, it becomes a major player in both the Black Hole Era and later the Dark Era.

Stephen Hawking deduced that when this process occurs around a black hole, there is an infinitesimal chance that one of these "virtual" particles appears within the event horizon of a black hole, while the other one appears outside of it. Since nothing can escape a black hole's event horizon, the doomed virtual particle falls into the black hole, while its suicide pact partner wanders off demoralised. Since the masses of the two virtual particle originated from the mass of the black hole, the escaped particle is essentially being emitted by the black hole.

Not only is the chance of this event occurring near a typical black hole extremely miniscule, but it becomes increasingly more improbable the larger the black hole is. Moreover, black holes have temperatures far below that of even the frigid background temperature of the universe. Until the universe cools below that of the temperature of a regular black hole, typically-formed black holes will not emit any Hawking radiation and instead will actually continue to grow by absorbing the heat from the space around them.

Nonetheless, given the immense time-scales of the Black Hole Era, even the largest black holes will not only eventually start to give off Hawking radiation, but will eventually completely evaporate. In The Five Ages of the Universe , it was predicted a black hole with the size of the smallest black hole of today (somewhere around 3-5 solar masses) would take 10 67 years to evaporate. Larger black holes will take significantly longer, but by somewhere around 10 100 even the most titanic supermassive galactic core black holes should be extinct.

As a black hole loses mass, its temperature and luminosity steadily increase. There's a fun black hole temperature calculator available here if you want to see how a black hole's temperature changes as its mass shrinks. Towards the end of a black hole's life, it becomes bright enough to be visible with the human eye, and eventually almost as bright as a dim star. At the very end of the evaporation process, the now meager black hole simply explodes, releasing all of its remaining mass energy in a spectacular display.

Exotic Atoms at the End of Time

With black holes having gone extinct, and protons also having decayed long ago (not!), the Dark Era is marked by a complete absence of macroscopic matter. Nonetheless, the diffuse nature of the universe is expected to allow for the domination of a bizarre new form of matter: positronium. The atoms that make up us and everything around us consist of hadrons - protons and neutrons - and electrons. Protons and neutrons are composed of the elementary particles known as quarks, while electrons are themselves elementary particles. In contrast, positronium is an exotic atom that consists of an electron and an antimatter electron known as a positron.

Although positronium atoms and even molecules have been created and studied in modern laboratories, they are extremely unstable. The electromagnetic attraction that allows positronium to exist also results in its untimely demise as the electron and positron smash into each other and annihilate. However, the diffuse state of the universe during the Black Hole Era and Dark Era allows for the existence of positronium atoms with unfathomably massive orbits, and by extension equally unfathomably long lifespans due to the time required for its constituent particles to annihilate.

The average diameter of a positronium atom born in the Black Hole Era from positrons and electrons released by evaporating black holes is expected to be trillions of light-years, vastly exceeding the size of the entire observable universe around us today. These strange atoms could live for as long as 10 145 years. This is a period of time that dwarfs even the nigh-eternal Black Hole Era by exponentially more than the entire star-filled age of the universe dwarfs a millisecond.

Given the utterly unimaginable timescales involved, some physicists have gone as far as to wonder if life-forms forged out of positronium may come to exist in some corner of the universe. Although there is no way to prove or disprove this fanciful idea, any life that comes to be in the desolate conditions of the Dark Era would have to be very simple. They would also be inconceivably slow compared to us, both as a result of the almost complete lack of energy-generating processes, and due to the vast distances that information would have to travel between its individual constituent particles.

The slowness is of course relative. While we cannot imagine existing such that it takes tens or hundreds of trillions of years to formulate a simple thought, a diffuse organism stretching out across billions or trillions of light-years, in a completely empty and frozen void would not see anything odd about its situation. Not that such an organism would even be afforded the energy resources to have the complicated brain it would need in order to contemplate its existence. I have nonethless pondered many-a-time on how a thinking being existing in such a moribund and inscrutable world would try to explain how it and the universe around it came to exist.

Alternative History: Iron Stars

If proton decay does not occur, then the Black Hole Era will herald an equally bizarre new era of the universe. After the last black hole finally dies of starvation, the remaining denizens of the universe will consist of the sea of frigid stellar remnants that avoided being consumed by escaping their galaxies during the long-gone days of the Degenerate Era. As mentioned, over 90% of stars and stellar remnants are expected to be ejected from their galaxy as a result of close encounters with more massive objects, with the other

10% being devoured by a black hole.

One would assume that in such a scenario, the universe would end as an increasingly diffuse cosmic quilt marked with frozen black dwarfs, brown dwarfs, neutron stars, and planets infinitely far apart from each other, but things are rarely so simple.

As time goes on, all of the heavy elements inside these stellar remnants would decay into lighter elements via radioactive decay processes, until they settle as iron. Concurrently, over periods of time that make even the entire Black Hole Era seem utterly insignificant, elements lighter than iron undergo cold fusion via quantum tunneling, until they fuse together into iron.

Quantum tunneling is a bizarre and rare phenomenon that allows a particle to overcome a barrier to reach a lower energy state, like a ball passing through a wall. Since lighter elements have potential energy that can be unleashed by undergoing fusion, quantum tunneling allows for an infinitesimal chance of them fusing together into heavier elements. This only allows fusion up to iron because fusing elements heavier than iron consumes more energy than it unleashes.

Once these processes have run their course, all of the remaining black dwarfs, brown dwarfs, and planets will have become frozen spheres composed of pure iron-56. This is a process that Freeman Dyson estimated would take an utterly staggering 10 1500 years. That is one with 1,500 zeroes after it!! It is beyond me to even attempt to make a comparison that could make the sheer scale of that number remotely comprehensible.

I used the word "spheres" because quantum tunneling will ensure that all matter in the universe assumes a spherical form long before the advent of iron stars. Due to every particle in a body wanting to be in a lower state of energy (in the center of said body), quantum tunneling will slowly rearrange all cosmic bodies into perfect spheres via the slow and steady nudges each particle makes to attempt to reach the center of its host. According to Freeman Dyson, this will take approximately 10 65 years.

Not every stellar remnant that survived the Black Hole Era will become an iron star. A recent paper by Michael Caplan postulates that some particularly massive black dwarfs would instead go out in supernova explosions, starting 10 1100 years in the future. This will occur as a result of the Chandrasekhar limit of the stellar remannt decreasing due to the fusion processes changing its composition. The Chandrasekhar limit is the maximum size of a stable white/black dwarf, and depends on the ratio of protons and neutrons. As lighter elements fuse into iron, black dwarfs with masses between 1.2 and 1.4 solar masses eventually succumb to gravitational collapse and explode.

Stellar remnants small enough to become iron stars also face a bright and explosive future, just one much further down the line. Although the exact final fate of iron stars is still uncertain, it is agreed that quantum tunneling will eventually cause them to undergo gravitational collapse and reach their final and lowest energy state as either a neutron star or a black hole. In the former case, iron stars will collapse into neutron stars, releasing a massive amount of energy in the process, in 10 10 76 years, alternatively they will collapse into black holes and summarily evaporate via Hawking radiation in 10 10 26 years.

While this is obviously naught but pure fanciful speculation, Koh Xuan Yang has proposed a fascinating yet plausible scenario wherein the collapse of an iron star to a neutron star results in the formation of a planet that contains an underground ocean that harbours life for billions of years in the iron stars article on his blog here.

As you can see, regardless of the ultimate fate of protons, the universe is destined to eventually end as a frozen, bleak void with nary a particle to be found in any particular expanse, let alone any planets, stars, or life forms.

As explained in the Black Hole Era section, our universe does not and cannot actually have a true vacuum anywhere, even in the ostensibly empty void of space. In every single patch of space, there exists a so-called quantum foam consisting of tiny particles popping into existence. This is significant in understanding the lifecycle of black holes, and is also significant in understanding the events that may unfold in the Dark Era.

One of the strangest ideas that has ever come out of science is the idea of a Boltzmann brain. The term was initially invented to disparage Ludwig Boltzmann, a renown physicist who postulated that our universe may have arisen from one with much higher entropy via random fluctuations. A Boltzmann brain is a hypothetical human brain that comes into existence via a series of many highly improbable quantum fluctuations in empty space. Essentially like a monkey banging on a typewriter accidentally writing out a coherent and thought-provoking novel, or a monkey playing with paint accidentally producing a perfect recreation of the Mona Lisa.

A Boltzmann brain would be filled with false memories, and could theoretically even mimic the brain of a real person at any given point in time. It could even perfectly mirror your brain at the moment you're reading this article! Fortunately any Boltzmann brain would expire immediately after coming into existence, so you need not worry about your hypothetical twin having to contemplate this existential horror.

Andrei Linde calculated that it could take 10 10 50 years for a Boltzmann brain to come into existence. Lamentably, I lack the mathematical knowledge to understand his explanation and cannot shed any light on how exactly this was calculated. Either way, if protons don't decay, this means a hypothetical Boltzmann brain could at least have a frigid iron star or neutron star to keep it company during its extremely fleeting life.

The notion of a Boltzmann brain is a popular one, but there's nothing that says that quantum fluctuations cannot produce other things. It's vastly more likely that they would create individual elementary particles, atoms, or molecules for instance. Given enough time, planets stars or even galaxies could eventually come to be.

Even more interestingly, it's possible that the quantum foam that permeates space is a harbinger of a whole new universe that will arise one day. Physicists now suspect that this strange property of our universe suggests that we are living in a false vacuum. That is, the vacuum in our universe is not at its lowest possible energy state. This means that, much like the elements inside iron stars will eventually fuse into iron via quantum tunneling in order to reach a lower energy state, the vacuum itself could eventually tunnel towards a lower energy state.

What exactly that entails is anybody's guess right now. It is believed that if such an event were to occur at some point in the universe, it would start spreading out in all directions at the speed of light, annihilating everything in its path and leaving behind a brand new universe in its wake. This may already have occurred somewhere in our universe. Since the event would travel at the speed of light, we would have no way of knowing because it would annihilate us at the same moment that the first bits of information about the event reached us.

Nonetheless, such an event could bring about an explosive end to the Dark Era, and start a fertile new beginning for this universe. It has even been hypothesised that our own universe came about as a result of such an event! Even before modern physics brought all of these ideas to the table, philosophers and scientists have speculated on the idea that the world goes through cycles of death and rebirth. Notably, the idea is a key concept in Ancient Egyptian religion.

This is as far as the time machine can currently take you. The ideas presented here are based on current observations and scientific knowledge, and may become outdated as new discoveries are made. While there is currently no reason to believe that these ideas are inaccurate, it's worth keeping in mind how much scientific knowledge has evolved in just the past century.


Timeline of the Universe

This particular Timeline of the Universe describes the events that have occurred and will occur according to prevailing scientific theory (specifically, the Big Bang theory). Most of these events are inferred from telescopic observations, particle accelerator experiments, and mathematical algorithms. These methods can reach deep into the past to tell us what occurred back then, but human beings are on their own when it comes to forecasting the future. For example, it really is impossible to say what exactly happens 100,000,000,000,000 years from now. We can only infer what the Universe will be like at that time frame in general. So as observations and theory become more fine-tuned, so will the timeline itself. As a result, this timeline is a work in progress.

Theological models on Creation of the Universe are described by regious works. These models do not subscribe to the scientific method and define themselves on sacred texts instead. This timeline does not dispute other models of Creation, but represents what prevailing scientific theory has determined.

The amount of time it takes for each successive Age and Era to pass increases exponentially as the Universe gets older, so each age is much longer in duration than its predecessor by many orders of magnitude. While the Primordial Age was over and done with in 300,000 years, the present age of the Universe is older by a factor of roughly 46,000 times that length of time. The presently estimated age of the Universe is 13,700,000,000 years. The last surviving stars are expected to burn out in 10 14 years, which is 7,000 times older than the Universe is now.

This model of the creation and ultimate fate of the Universe from a modern scientific standpoint is intended to serve as an educational guide. References are provided within.


شاهد الفيديو: اشهر 8 كذبات في التاريخ الجميع يصدقها! (شهر فبراير 2023).