Univerzum: hogyan fog véget érni a világegyetem?

Az, hogy a világegyetem egyáltalán véget ér-e a távoli jövőben olyan tudományos kérdés, amelyre több teoretikus válasz is létezik. Ami egyelőre bizonyos: minden bizonyíték arra utal, hogy az univerzum még nagyon-nagyon sokáig az emberiség kozmikus otthona marad.

Az univerzum jövőjére a jelen, illetve múltbéli állapotából következtethetünk Fotó: NASA

Az univerzum jövőbeli sorsa a kozmológia egyik legizgalmasabb kérdése. Amit jelenleg az univerzumból látunk, azok a világegyetem múltjának különböző fázisai, és ez azt bizonyítja, hogy az univerzum a megszületése óta folyamatosan változik, ami minden bizonnyal így lesz a jövőben is.

Az univerzum jövőjével kapcsolatosan több kozmológiai elmélet is létezik (Fotó: NASA/JPL-Caltech)

Univerzum: csak az a biztos, hogy változik

A világegyetem, a teljes tér és az idő, valamint az összes anyag és energia, hozzávetőleg 13,8 milliárd éve egy szingularitásból született meg rendkívül gyors tágulással – amit ősrobbanásnak nevezünk –, és azóta is folyamatos változásban van. Az újszülött univerzum először tele volt a mai atomokat alkotó részecskék diffúz gázával: protonokkal, neutronokkal és elektronokkal, később ebből az anyagból álltak össze a csillagok és a galaxisok.

Az ősrobbanás szűkebb fogalma arra az időpontra vonatkozik, amikor elkezdődött az univerzum tágulása. A jelenlegi legpontosabb számítások szerint – 0,2 százalékos eltéréssel – ez 13,8 milliárd éve történt. Tágabb értelemben az ősrobbanás az a kozmológiai elmélet, amely szerint az univerzum egy olyan szingularitásból keletkezett, amelyben az anyag és az energia rendkívüli hőmérsékletű és végtelen sűrűségű volt, előtte pedig sem a tér, sem pedig az idő nem létezett. Az ősrobbanás-elmélet az egyik magyarázat arra, hogy a jelenlegi univerzum állapota miért tér el jelentősen mind a múltbeli, mind pedig a prognosztizált jövőbeli állapotától.

A világegyetem jövőjéről alkotott ismereteinket a ma megfigyelt objektumok és folyamatok alakítják. 

Az univerzum története az ősrobbanástól (Fotó: ELTE)

Az asztrofizikusok olyan kozmikus objektumokat figyelnek meg, mint amilyenek a távoli galaxisok, ez pedig lehetővé teszi annak tanulmányozását, hogyan változnak a galaxisok és a csillagok az idő múlásával. 

E megfigyelések eredményeiből állítják fel azokat a hipotéziseket, amelyek megjósolják, hogyan fog változni a jövőben a világegyetem. 

Az univerzum jövőjének meghatározása többféle módszeren alapulhat. Ha és amennyiben az univerzum jelenleg ismert állapotából vonunk le következtetéseket a világegyetem jövőjére, ezt a módszert extrapolációnak nevezzük. Az extrapolációs modellek gyenge pontja, hogy nem kalkulálnak azokkal a jövőbeli váratlan eseményekkel, amelyek befolyással lehetnek az univerzum sorsára is. A másik módszer, az interpoláció – a pontok összekapcsolása egy adathalmazon belül –, sokkal biztonságosabb megközelítést ígér. 

Minél távolabb tekintünk a kozmoszba,  annál korábbi állapotát látjuk az univerzumnak is (Fotó: NASA/JPL-Caltech)

Egy hasonlattal élve: ha egy gyermekről két fotóval rendelkezünk, amelyik öt-, illetve hétéves korában ábrázolja, képesek leszünk igen nagy pontossággal meghatározni, hogyan nézhetett ki hatéves korában. E két fotóból viszont már sokkal nehezebb lesz megjósolni, hogyan fog kinézni a gyerek kilenc- vagy tízéves korában, milyen magas lesz, és kell-e esetleg szemüveget viselnie? A tudósok elméletben képesek megjósolni, hogy milyen lesz a világegyetem néhány milliárd év múlva a csillagok és galaxisok időbeli változásának extrapolálásával, csakhogy az univerzumot felépítő anyag, illetve a kozmikus objektumok ugyanúgy változhatnak, ahogyan az a múltban is megtörtént. 

Az univerzum jövőbeli változásainak prognosztizálására több módszer is létezik (Fotó: NASA)

A csillagok életpályájának időtartama is igen eltérő. Például a Nap, ami egy G2 színképosztályba tartozó normál tömegű sárga fényű csillag, 10 milliárd évre becsült élettartamának nagyjából a felénél jár. A nagy tömegű kék óriáscsillagok élettartama viszont a Naphoz képest már sokkal rövidebb. Vannak olyan galaxisok amelyekben jelenleg is keletkeznek új csillagok, ezzel szemben más galaxisok már kimerítették a csillagkeletkezéshez szükséges gázkészletüket. Amikor egy galaxisban leáll a csillagok képződése, a kék csillagok szupernóvává válnak és eltűnnek. Aztán több milliárd évvel később a sárga csillagok – mint amilyen a Nap is –, életük alkonyán kilökik külső rétegeiket, és csak egy kis tömegű fokozatosan kihűlő maradványcsillag marad utánuk.

Egy felrobbant szupernóva maradványa a Rák csillagképben (Fotó: NASA/ESA)

 Végül az univerzum összes galaxisban megszűnik az új csillagok keletkezése, 

és a világegyetemet kitöltő fény fokozatosan elvörösödik, majd elhalványul. 

Több billió év múlva pedig – ami több százszor hosszabb idő, mint az univerzum jelenlegi kora –, ezek a vörös csillagok is kihunynak, sötétségbe vesznek. De addig mire ilyen állapotba kerül az univerzum, még rengeteg olyan csillaga lesz, ami bőségesen fog fényt és hőt adni.

Ismét összezsugorodhat, vagy pedig sötét örökkévalósággá válhat az univerzum

A galaxisok tömege az idő múlásával fokozatosan növekszik amint kisebb galaxisokat nyelnek el. A jelenlegi ismereteink szerint ezek a galaxiselnyelődések a jövőben is folytatódni fognak. A galaxishalmazokban csillagvárosok százai zuhannak befelé a közös gravitációs középpontjuk irányába, ami gyakran okoz kaotikus ütközéseket. Ezekben az ütközésekben a spirálgalaxisok – amelyek rendezett korongok –, szabálytalan, foltszerű csillagfelhőkké alakulnak át. 

Egy, a Tejútrendszer szomszédságában lévő szabálytalan galaxis, a Nagy Magellán-felhő (Fotó: NASA/ESA)

Erre vezethető vissza, hogy az idő múlásával az univerzumban egyre kevesebb spirálgalaxis és egyre több elliptikus galaxis lesz, mivel a spirálgalaxisok e hosszú és bonyolult folyamat eredményeként végül elliptikus galaxisokká alakulnak át. 

A számítások szerint a Tejútrendszer és a szomszédos Androméda-galaxis néhány milliárd éven belül szintén így egyesülhet, 

de ez nem fog valamiféle apokaliptikus katasztrófával együtt járni, mivel az ütköző galaxisok csillagai az egymástól való óriási távolságuk miatt többnyire teljesen sértetlenül suhannak majd el egymás mellett, a jövő csillagászai viszont fantasztikus látványt kapnának e két galaxis egyesüléséről.

Így fog kinézni a Tejútrendszer és az Androméda-galaxis ütközése a Földről (Fotó: NASA/ESA)

 Az ősrobbanás egy olyan tágulási folyamatot indított el, ami a jelenlegi ismereteink szerint a jövőben is folytatódni fog. Az univerzumot felépítő összes anyag – a galaxisok, a csillagok, a kozmikus gáz és a sötét anyag – gravitációja viszont e tágulás ellenében hat és lelassítja annak ütemét. Az úgynevezett „nagy reccs” elmélete szerint egy idő után a lassuló tágulás megáll, majd a gravitáció hatására elindul az univerzum összezsugorodása. A zsugorodás egészen addig tart, amíg a világegyetem összes anyaga és energiája ismét egyetlen szingularitásban sűrűsödik össze csakúgy, mint az univerzum keletkezésének hajnalán. Egyes bizonyítékok ezzel szemben arra utalnak, hogy valamilyen ismeretlen hatás taszító erőt fejt ki az univerzum anyagára ami felgyorsítja a tágulást.

A „nagy reccs” művészi ábrája (Fotó: Pinterest/Ashfaq Ahmad)

Az 1990-es évek végén és a 2000-es évek elején az Ia típusú szupernóvák majd más források, így például a gravitációs lencsék, a mikrohullámú háttérsugárzás, valamint a szupernóvák még pontosabb megfigyelései azt bizonyították, hogy az univerzum tágulása a kozmikus inflációra vonatkozó és addig általánosan elfogadott elmélettel szemben nem lassul, hanem éppen ellenkezőleg, gyorsulva tágul. A gyorsuló tágulást a hipotetikus sötét energiával, a világegyetemben jelenlévő és erős antigravitációs hatású feltételezett energiaformával magyarázzák, ami negatív nyomást fejt ki. Albert Einstein általános relativitáselmélete szerint a negatív nyomás nagy távolságokon semlegesíti a gravitációt.

A tudósok ezt a kifelé ható erőt sötét energiának nevezik, de erről a hipotetikus energiaforrásról egyelőre csak nagyon keveset tudunk. Ha ez a folyamat a jövőben is folytatódik, a galaxisok túl távolra kerülnek egymástól ahhoz, hogy a Tejútrendszerből megfigyelhetők legyenek. 

A sötét anyag és energia eloszlása az univerzumban (Fotó: TrendinTech)

Összefoglalva a jövőre vonatkozó legjobb jelenlegi jóslatot: a csillagképződés az idő múlásával az egész univerzumban leáll, így a galaxisok tele lesznek régi, vörös, halvány csillagokkal, amelyek fokozatosan kihűlve végül láthatatlanná válnak – írja a Space. com csillagászati hírportál. Minden galaxiscsoport vagy halmaz egyetlen, hatalmas elliptikus galaxissá egyesül, és az univerzum gyorsuló tágulása lehetetlenné fogja tenni a lokális csoporton kívüli más galaxisok megfigyelését. 

E forgatókönyv alapján a világegyetem végül egy sötét örökkévalóságba torkollik. 

Előfordulhat, hogy a jövőben olyan új adatok válnak ismertté, amelyek megváltoztatják ezt a nem éppen optimista forgatókönyvet, és az univerzum történetének következő szakasza teljesen más lesz. 

Nincs biztos forgatókönyv az univerzum végére (Fotó:  AAS Nova)

Attól függően, hogy honnan nézzük, lehet, hogy az univerzumnak mégsem lesz „vége”. Még ha a létező dolgok nagyon különböznek is a jelenlegi állapotuktól, nehéz elképzelni egy olyan távoli jövőt, amelyben az univerzum teljesen eltűnik. A kozmosz még hosszú időn át képes fenntartani az emberi kíváncsiságot, így rengeteg időnk van még a további felfedezésekre és a válaszok keresésére.

Az univerzum galaxisai:

• az egyik elmélet szerint a távoli jövőben egyetlen hatalmas elliptikus galaxissá egyesülnek,
• amelyben már nem lesz csillagképződés,
• és amelynek csillagai idővel teljesen kihunynak,
• az univerzum pedig egy sötét örökkévalósággá válik,
• a „nagy reccs” elmélete szerint viszont megáll a világegyetem tágulása,
• majd a zsugorodó univerzum összes anyaga ismét egyetlen szingularitásban egyesül.