Energia Neagră

Noile descoperiri au rezultat în urma studiilor asupra unor supernove de tip la (foto) din galaxii îndepărtate.

Analizând stălucirea aparentă a acestora se pot calcula distanţele la care se află şi, comparând aceste distanţe cu deplasările spre roşu ale galaxiilor în care se găsesc, se poate calcula cât se repede s-a extins Universul în diferite perioade.

Calculele au arătat că expansiunea Universului accelerează şi că o forţă de respingere se opune gravitaţiei, făcând materia să se dezintegreze. Această forţă a fost numită energie neagră. Natura ei exactă nu este cunoscută, deşi pare similară cu forţa opusă gravitaţiei, menţionată de Albert Einstein în cadrul relativităţii generale şi numită  „constantă cosmologică”.

Existenţa energiei negre există lipsa din Univers a masei-energie necesare pentru ca acesta să fie plat şi modifică numărul situaţiilor posibile în viitorul Universului.

Big Crunch şi Big Chill

Până de curând, cosmologii credeau că un singur factor, densitatea de masă-energie a Universului, va determina soarta Universului. Densitatea masei şi a energiei au fost măsurate simultan, pentru că Einstein a demonstrat că acestea sunt echivalente şi interschimbabile.

Astfel, s-a calculat că, dacă densitatea ar depăşi valoarea critică, gravitaţia ar determina încetarea expansiunii Universului şi prăbuşirea lui printr-o mare implozie – Big Crunch. În acest scenariu, toată materia şi energia s-ar prăbuşi într-o singularitate infinit de densă şi de fierbinte, într-un fel de Big Bang inversat. Acest lucru nu s-ar putea întâmpla decât peste 10 miliarde de ani.

Dar, dacă densitatea Universului ar fi mai mică sau egală cu valoarea critică, Universul s-ar extinde la infinit, deşi viteza lui de extindere ar fi treptat redusă de gravitaţie. În acest caz, Universul ar cunoaşte un proces îndelungat de răcire – Big Chill, în urma căruia ar dispărea.

Cercetările au dus la descoperirea faptului că Universul are proprietăţi care sugerează că este aproape „plat” şi are o densitate egală cu exact valoarea critică.

Soarta lui părea să fie expansiunea eternă. Totuşi, la sfârşitul anilor 1990 au avut loc noi descoperiri care au arătat că expansiunea Universului nu încetineşte.

Organismele Vii

Ce este un organism viu?

Biologii sunt de acord că un organism viu este o entitate vie care se poate reproduce şi, în timp, să evolueze. Dar care sunt celelalte caracteristici? A fost apariţia vieţii pe Pământ doar o întâmplare fericită – rezultatul unei serii de evenimente extrem de improbabile – sau mai există viaţă şi în alte părţi ale Universului ?

Astăzi, se caută răspunsuri la aceste întrebaări analizând formele de viaţă de pe Pământ. Există multe divergenţe de opinie privind definirea unui organism viu. De exemplu, nu se ştie sigur dacă virusurile sunt organisme vii. Deşi se înmulţesc, nu există sub formă de celule şi nu au mecanism biochimic propriu. Nu este sigur nici dacă alte caracteristici obişnuite ale vieţii de pe Pământ, precum folosirea apei  în stare lichidă, ar tebui să definească şi viaţa extraterestră.

Îmbogăţirea Cosmosului

În timpul existenţei şi al sfârşitului lor (hipernove), primele stele masive au creat noi elemente chimice şi le-au împrăştiat în Spaţiu. Prin fuziunile nucleare din centrele lor fierbinţi, s-au format elemente noi – oxigen, carbon, siliciu, fier. În timpul violentelor dispariţii, s-au format elemente mai grele decât fierul, precum bariul şi plumbul.

Stelele din generaţiile a doua şi a treia, mai mici decât megastelele primordiale, s-au format mai târziu în mediul interstelar îmbogâţit. Aceste stele au creat mai multe dintre elementele mai grele, care au fost aruncate din nou în mediul interstelar de vânturile stelare sau de exploziile supernovelor. Fuziunile între galaxii şi eliberările de gaz din galaxii au produs alte amestecuri şi dispersări intergalactice.

Toate aceste procese de reciclare şi îmbogăţire a Cosmosului continuă şi astăzi. În Calea Lactee, elementele noi mai grele au fost esenţiale pentru formarea obiectelor, de la planete telurile la organisme vii.

Cassiopeia A (foto) este un rest de supernovă – o sferă de material îmbogăţit care se extinde în Spaţiu.

Primele stele

Primele stele s-au format la 200 de milioane de ani după Big Bang şi erau compuse, aproape în întregime din hidrogen şi heliu, pentru că nu existau alte elemente.

Fizicienii cred că nebuloasele, în care se formau aceste stele, s-au condensat în aglomerări mai mari decât cele de astăzi. Stelele erau probabil foarte mari şi foarte fierbinţi,  având o masă de la 100 până la 1 000 de ori mai mare decât a Soarelui. Acestea au existat, probabil, doar câteva milioane de ani înainte de a sfârşi ca hipernove – evenimente asociate azi cu formarea găurilor negre şi cu explozii violente de raze gamma.

Lumina ultraviolet emisă de stelele masive ar fi putut declanşa reionizarea hidrogenului – transformându-l din nou dintr-un gaz neutru în gazul ionizat (cu sarcină electrică) de astăzi.

Apariţia Materiei

La o microsecundă (10 -6 secunde) după Big Bang Universul avea o temperatură de  10 13 K , suficient de rece pentru a permite combinarea dintre quarcii „sus” şi quarcii „jos” cu gluoni, formând protoni şi neutroni.

La 100 de secunde după Big Bang aveau loc ciocniri între protoni şi neutroni. Astfel au început să se formeze nuclee de He-4 (2 protoni şi 2 neutroni) şi cantităţi mici de He-3 (2 protoni şi un neutron), Li (3 protoni şi 4 neutroni) şi deuteriu (un proton şi un neutron).

Aceste reacţii, numite nucleosinteze primordiale, s-au terminat în 2-3 minute. Se formaseră deja 98% dintre atomii de He existenţi astăzi.

La aproximativ 300 000 ani după Big Bang, temperatura scăzuse la 2 700 °C iar protoni şi nucleele atomice au început să capteze electroni – s-au format primii atomi. Materia s-a separat de radiaţie, iar fotonii au fost eliberaţi în Univers. Aceştia pot fi detectaţi şi acum, după 13.7 miliarde, sub forma radiaţiei cosmice de fond de microunde.

La început

Big Bang nu a fost o explozie în spaţiu, a fost o expansiune a lui. Nu se ştie exact ce s-a întâmplat în primul moment de după Big Bang  (numit era Planck), dar se crede că, această perioadă a fost urmată de separarea gravitaţiei de celelalte forţe din natură, lucru ce se poate observa în imaginea de mai jos.

Separarea forţelor a provocat „inflaţia” – o perioadă scurtă de expansiune rapidă, ce a avut loc la 10–36  secunde după Big Bang. 

Inflaţia a provocat ca Universul să fie extrem de neted şi de plat – forma lui de astăzi.
La 10-32  secunde după Big Bang, Universul era o „supă de particule” şi antiparticule fundamentale: quarci, antiquarci, gluoni iar temperatura era 1027K.