Ciencia Kanija

Se puede decir que los humanos tenemos una visión a corto plazo de las cosas. Nos preocupamos por el final del verano, el próximo curso escolar, y tal vez, incluso por la jubilación. Pero estas cosas son sólo un parpadeo en términos cósmicos. Vamos a pensar verdaderamente a lo grande, mirando al futuro, y pensando en el futuro que aguarda al universo. Miremos millones, billones e incluso 10¹⁰⁰ años en el futuro. Vamos a considerar el final de todo.

El final de la humanidad – 10 000 años

Los humanos modernos tuvieron su origen en África hace unos 200 000 años. Desde entonces hemos ido habitando cada rincón del globo. Pero esto es temporal. La gran mayoría de especies que han vivido alguna vez sobre la Tierra están ahora extintas. Pensar que los humanos podemos evitar el destino de otras criaturas es arrogante. Como para toda la vida en la Tierra, nuestro tiempo es limitado. ¿Cuánto duraremos?

Existe muchos desastres naturales y provocados por el hombre que podrían acabar con nosotros. Desde el impacto de un asteroide a una pandemia global; del calentamiento global a la detonación de una supernova – existen muchas formas de que pueda suceder. Tal vez no veamos envueltos en un evento de extinción masiva, como el que acabó con los dinosaurios hace 65 millones de años, o “la Gran Mortandad”, hace 251 millones de años que mató al 70% de las especies terrestres y al 96% de las marinas.

Tal vez otras especies (ratas o cucarachas inteligentes) evolucionarán y competirán por nuestro nicho. O tal vez diseñaremos nuestros reemplazos robóticos.

Pero las especies pueden durar decenas o cientos de millones de años. Por lo que, ¿cómo se puede predecir cuando llegará nuestra hora?

No hay forma de saberlo, pero hay un cálculo que puede ayudarnos. Es el llamado Argumento del Día del Juicio, desarrollado en 1983 por el astrofísico Brandon Carter. De acuerdo con Carter, si se supone que la mitad de los humanos que alguna vez vivirán en la Tierra, ya han nacido, tienes aproximadamente 60 mil millones de personas. Si se supone que otros 60 mil millones están por nacer, nuestros altos niveles de población sólo nos dejan unos 9000 años o así. O más precisamente, hay un 95% de posibilidades de que la humanidad haya acabado para el año 11 000.

Existen otros cálculos, pero dan cantidades similares, desde unos pocos miles de años a varios millones de años.

Es mucho tiempo, pero no lo bastante para apreciar el futuro que tiene reservado el universo para sí mismo.

El final de la vida – de 500 millones de años a 5 mil millones de años

Damos gracias al Sol, por proporcionarnos energía. Sin ella, no habría vida en la Tierra. Es irónico, entonces, que el Sol sea finalmente el que acabará con toda la vida de la Tierra.

Esto es debido a que el sol está calentándose lentamente.

Uno de los libros más fascinantes sobre este tema es The Life and Death of Planet Earth (Vida y Muerte del Planeta Tierra) de Peter Ward y Donald Brownlee. En su libro, cuentan cómo la generación de energía en el Sol crece lentamente. Tan pronto como dentro de 500 millones de años, las temperaturas en la Tierra subirán hasta el punto de que la mayor parte del mundo será un desierto. Las criaturas más grandes no serán capaces de sobrevivir en ningún lugar salvo en los relativamente fríos polos.

A lo largo del curso de los siguientes miles millones de años, la evolución parecerá invertirse. Los organismos más grandes y menos tolerantes al calor morirán, dejando a los más resistentes insectos y bacterias. Finalmente, habrá tanto calor en la superficie de la Tierra que los océanos hervirán. No habrá ningún lugar donde esconderse de las terribles temperaturas. Sólo los organismos que viven en las profundidades del subsuelo sobrevivirán, como ya han hecho durante miles de millones de años.

El final de la Tierra – 7,5 mil millones de años

Como mencionamos más arriba, existimos por las bendiciones del Sol. Pero cuando nuestra estrella se acerque al final de su vida, nuestro planeta seguirá el mismo camino; de una forma u otra.

En aproximadamente 5 mil millones de años desde ahora, el Sol comenzará la etapa final de su vida, consumiendo el final de su reserva de combustible de hidrógeno. En este punto, la gravedad llevará al Sol al colapso, y sólo una pequeña cantidad de hidrógeno permanecerá en una cubierta enrollada alrededor del núcleo de la estrella. Entonces se expandirá en una estrella roja gigante, consumiendo a cada uno de los planetas interiores: primero Mercurio, luego Venus, y por fin sobrepasando incluso la órbita de la Tierra.

Existe una controversia sobre si el Sol en su fase de gigante roja quemará la Tierra. En algunos escenarios, el cambio en la densidad del Sol cuando se expande provoca que la Tierra se aleje en espiral de Sol, quedando fuera del alcance. En otro escenario, la envoltura externa del Sol cubrirá la Tierra. La fricción adicional frenará la Tierra, provocando que caiga en espiral hacia el Sol.

Sea cual sea el resultado, la Tierra será chamuscada en cenizas, y efectivamente destruida en 5 mil millones de años.

El final del Sol – de 7,5 mil millones de años a 1 billón de años

Cuando el Sol se convierta en una gigante roja, será sólo el principio del fin. Con el final del hidrógeno, el Sol tendrá que empezar a fusionar helio, luego carbono, y finalmente oxígeno. En este punto, nuestro Sol carecerá de la gravedad suficiente para continuar el proceso de fusión. Se apagará, y se despojará de sus capas exteriores para formar una nebulosa planetaria, tal como la nebulosa anillo que podemos ver en el cielo nocturno. Estará entonces condenada a vivir el resto de sus días como una enana blanca.

Retendrá la mayor parte de su masa, pero no tendrá un tamaño mayor que el diámetro de la Tierra. En una ocasión amarillo y caliente por el calor de fusión, el Sol lentamente se enfriará con el tiempo. Finalmente, si temperatura se igualará con la del fondo del universo y se convertirá en una fría enana blanca – un inerte pedazo de materia flotando en la oscuridad del espacio.

Incluso las enanas blancas más viejas siguen radiando a varios miles de grados Kelvin Kelvin, por lo que no ha es o bastante antiguo para que existan las enanas negras… aún. Pero dando al Sol otro billón de años aproximadamente, deberían convertirse finalmente en una enana negra fría.

El final del Sistema Solar

Incluso aunque el Sol los habrá quemado dentro miles de millones de años, los planetas que no se consuman permanecerán. Tal vez incluso la Tierra se unirá a tal grupo. Con certeza Júpiter, Saturno, el resto de planetas exteriores y los objetos del Cinturón de Kuiper permanecerán en órbita durante eones.

Un descubrimiento reciente, publicado en la revista Science, informó que los astrónomos habían descubierto un disco de material metálico de rotación rápida orbitando una enana blanca. Los investigadores construyeron una simulación donde colocaron planetas hipotéticos en órbita alrededor de una estrella moribunda, y encontraron que la muerte de la estrella provoca el caos en la estabilidad del sistema estelar. Los cambios en la masa de la estrella provoca que los planetas colisionen, y reordenen sus órbitas. Algunos caen en espiral hacia su estrella, mientras que otros son expulsados al espacio interestelar.

Una vez que se realizan todas estas interacciones gravitatorias, todo lo que terminaría en nuestro Sistema Solar es la enana blanca remanente de nuestro Sol y el rápido disco rotante de restos planetarios alrededor de él. Todo lo demás se perderá en el espacio interestelar.

El final de la cosmología – 3 billones de años desde ahora

El universo funciona como una máquina del tiempo natural. Dado que la luz se mueve a la velocidad de, bueno, de la luz, podemos observar objetos distantes y ver cómo eran en el pasado. Mira a los últimos rincones del universo visible y verás la luz que se emitió hace miles de millones de años, poco después del Big Bang.

Es útil, pero es un problema. Esta misteriosa fuerza de la energía oscura, que está acelerando la expansión del universo está haciendo que las galaxias más distantes se muevan cada vez más rápido alejándose de nosotros. Finalmente, cruzarán el horizonte de eventos y parecerán estar alejándose de nosotros más rápido que la velocidad de la luz. En este punto, cualquier luz emitida por la galaxia dejará de llegar hasta nosotros. Cualquier galaxia que cruce este horizonte se apagará poco a poco de nuestra visión, hasta que el último fotón nos alcance. Todas las galaxias desaparecerán de nuestra vista para siempre.

De acuerdo con un artículo de investigación de Lawrence M. Krauss y Robert J. Scherrer, los futuros astrónomos que vivan dentro de 3 billones de años sólo verán nuestra galaxia cuando miren al cielo por la noche.

Esta expansión acelerada tiene otra consecuencia también. La radiación del fondo de microondas cósmico, que los astrónomos usan para descubrir pruebas del Big Bang también habrá desaparecido. No sólo eso, sino que la abundancia de compuestos químicos, que encaja precisamente con las cantidades teorizadas para el Big Bang quedarán ocultos por la subsiguiente generación de estrellas.

Y, por tanto, dentro del 3 billones de años, no habrá ningún rastro del Big Bang. Ninguna pista para los futuros cosmólogos de reconocer que el universo en que vivimos empezó en un punto único, y que se ha expandido desde entonces. El universo parecerá estático y sin cambios.

El final de la Vía Láctea

Las galaxias colisionan. Todo lo que tienes que hacer es mirar al espacio con un telescopio y ver el destino que le espera a nuestra galaxia. En todas direcciones podemos ver interacciones entre la gravedad de distintas galaxias. Al principio los encuentros son violentos; la galaxias se desgarran entre sí, quitándose material, y generando descomunales franjas de formación estelar. Los agujeros negros supermasivos latentes en sus centros vuelve a la vida y se convierten en núcleos galácticos activos, tragándose el material recientemente llevado.

Nuestro futuro compañero de fusión viene lanzado hacia nosotros ahora mismo: Andrómeda. En aproximadamente 2 mil millones de años desde ahora, nuestras dos galaxias colisionarán, y se separarán. Entonces empezarán a colisionar una vez tras otra hasta que se conformen en una nueva galaxia mayor: Lactómeda. Los agujeros negros supermasivos se orbitarán entre sí, y finalmente se fusionarán en un agujero negro incluso más masivo.

Nuestra posición en la galaxia cambiará; probablemente seamos empujados a los límites exteriores del halo galáctico – al menos a 100 000 años luz del centro. Dado que el Sol aún durará miles de millones de años, las futuras formas de vida de la Tierra podrían estar en los alrededores para observar el desarrollo de estos eventos.

El proceso de fusión se completará aproximadamente en 7 mil millones de años.

Este no es el final de la galaxia, sin embargo. Seguirá siendo una isla en el espacio, con estrellas orbitando alrededor de un núcleo central. Durante un periodo de tiempo, no obstante, estimado entre 10¹⁹ y 10²⁰ años, la galaxia se erosionará, con todas las estrellas escapando al espacio galáctico.

El final de las estrellas – 100 billones de años desde ahora

Podemos observar a la Vía Láctea y ver las estrellas que se forman a nuestro alrededor. Aún existe una gran cantidad de gas y polvo en la Vía Láctea para crear toda una nueva generación de estrellas. Pero cuando miramos a otras galaxias, podemos ver galaxias elípticas más antiguas que ya han usado su gas y polvo libre. En lugar de las brillantes y calientes estrellas que vemos en las regiones de formación estelar, estas viejas galaxias rojas se están enfriando.

Un día no habrá estrellas de nueva formación en absoluto. Y entonces, un día, la última estrella usará su último combustible de hidrógeno, convirtiéndose en una gigante roja y apagándose lentamente en una enana blanca. Incluso las estrellas más tenues, las frías enanas rojas acabarán con su combustible – aunque, eso podría llevarles otros 10 billones de años más o menos. También se convertirán en enanas negras.

Y por tanto, en unos 100 billones de años, cada estrella del universo, grandes y pequeñas, serán enanas negras. Un trozo de materia inerte con la masa de una estrella pero a la temperatura de fondo del universo.

El final de la materia normal – 10³⁰ años

Por tanto tenemos un universo sin estrellas, sólo frías enanas negras. También habrá estrellas de neutrones y agujeros negros como sombras de los que en un tiempo fueron estrellas en el universo. El universo será completamente oscuro.

Un observador futuro notaría algún flash ocasional, cuando algunos objetos interactúan con un agujero negro. Su materia se dispersará en un disco de acreción alrededor del agujero negro. Y, por un breve periodo de tiempo, brillará, emitiendo radiación. Pero entonces también será añadido a la masa del agujero negro. Y todo volverá a ser oscuro de nuevo.

Pedazos de materia y enanas negras binarias se fusionarán entre sí para crear nuevos agujeros negros, y estos agujeros negros serán consumidos por agujeros negros mayores. Podría ser que en el futuro lejano, toda la materia exista en unos pocos agujeros negros verdaderamente masivos.

Pero incluso si la materia escapa a este destino, está finalmente condenada. Algunas teorías físicas predicen que los protones son inestables a lo largo de largo periodos de tiempo. Simplemente no sobrevivirán. Cualquier materia que no fuese consumida por un agujero negro empezaría a decaer. Los protones se convertirán en radiación, dejando una fina neblina de electrones, positrones, neutrinos y radiación dispersa por el espacio.

Los teóricos anticipan que todos los protones del universo decaerán al cabo de 10³⁰ años.

El final de los agujeros negros – 10¹⁰⁰ años

Los agujeros negros se pensaba que eran calles de un sólo sentido. La materia entra, pero no vuelve a salir. Pero el famoso astrofísico Stephen Hawking le dio la vuelta a este concepto en su cabeza con su teoría de que los agujeros negros pueden evaporarse. No es mucho, y no es rápido, pero los agujeros negros liberan una diminuta cantidad de radiación de vuelta al espacio.

Conforme se libera esta radiación, el agujero negro verdaderamente pierde masa, evaporándose finalmente por completo. La cantidad de radiación se incrementa conforme el agujero negro pierde masa. Es realmente posible que pudiera generar un estallido final de rayos-X y rayos gamma cuando desaparezca por completo. Los observadores futuros (los que hayan sobrevivido al decaimiento de los protones) podrían ver los falsees ocasionales en un universo que de otro modo sería oscuro.

Y entonces, en unos 10¹⁰⁰ años, el último agujero negro se habrá marchado. Todo lo que permanece es la radiación emitida.

El final de Todo – 10¹⁰⁰ años y más allá

Cuando el último agujero negro se evapore, todo lo que quedará en el universo serán fotones de radiación, y partículas elementales que escaparon a la captura de los agujeros negros. La temperatura de todo el universo alcanzará una temperatura final apenas por encima del cero absoluto.

La energía oscura puede desempeñar algún papel en el futuro, continuando la expansión del universo, acelerando cada una de estas partículas elementales y fotones dejándolas incomunicadas entre sí. Ninguna gravedad futura los reunirá de nuevo.

Tal vez haya otro Big Bang algún día. Tal vez el universo es cíclico y todo el proceso comience de nuevo.

Tal vez no, y este sombrío futuro de un universo frío y muerto sea todo lo que nos espera. No es divertido, pero es sobrecogedoramente inspirados considerar el largo futuro que tenemos por delante, y nos ayuda a apreciar la vibrante época en la que vivimos hoy.

Esta entrada fue escrita el Jueves, 26 de Julio de 2007 a las 7:23 am y archivada en Astronomía, Varios. Puedes seguir cualquier respuesta a esta entrada a través del feed RSS 2.0. Puedes dejar una respuesta, o trackback desde tu propio sitio web.