É interessante refletir sobre o fim do universo. Em curto-prazo a forma como o continente da Terra irá colidir em 250 milhões de anos, ou como em 1,1 bilhões de anos, quando o sol se tornar 10%. Cientistas dizem que a galáxia de Andrômeda irá colidir com a Via Láctea em três bilhões de anos, balançando muitos planetas do sistema solares. Por muito tempo, a grande questão era se havia matéria suficiente no universo para tempo infinito, ou se o mesmo está condenado ao fim. No final de 1990, observações astronômicas começaram a sugerir que a expansão do universo está acelerando!
Expansão do Universo
A constante cosmológica torna positiva a densidade de energia do vácuo positivo, mas a pressão fica negativa – três vezes maior. Isso faz com que o universo tende a se expandir. Matéria normal faz com que o universo tende a colapsar. Se o efeito da constante cosmológica sempre bate para fora o efeito da matéria normal, o universo vai continuar se expandindo, tornando a densidade de matéria normal menor e se expandindo em taxa quase exponencial.
Caso a hipótese for correta nos primeiros milhões de anos as galáxias devem se manter. Aos poucos as colisões destroem galáxias espirais, que se funde em maiores galáxias elípticas. Já podemos ver isso acontecendo aqui e lá, e nossa própria Via Láctea pode colidir com Andrômeda em apenas três bilhões de anos. Se isso acontecer, um monte de novas estrelas vai nascer a partir das ondas de choque devido à colisão do gás interestelar. Eventualmente vamos habitar a grande galáxia elíptica. Infelizmente, elas não têm braços espirais, o que parece ser uma parte crucial do processo de formação de estrelas, por isso a formação pode cessar antes mesmo do final das matérias-primas.
Expansão do Buraco Negro
É claro que, mesmo se isso não acontecer, o nascimento de novas estrelas deve finalmente cessar, já que não há quantidade limitada de hidrogênio, hélio, e outros elementos que podem sofrer fusão. Isto significa que todas as estrelas se queimam e entram em formação de anãs brancas, anãs negras quando esfriam ao atingir massa inferior a 1,4 massas solares. Neste caso, podem ser realizadas por pressão de degeneração causada por princípio da exclusão de Pauli, que funciona mesmo à temperatura de zero. Se mais pesadas podem desmoronar, tornam-se estrelas de nêutrons com 1,4 a 2 massas solares e se tornam buracos negros, deixando de ser maciça.
Os buracos negros sugam algumas das outras estrelas que encontram no caminho. Isto é verdadeiro em centros galácticos, que galáxias de rádio de energia engolem estrelas em ritmo rápido. Mas a maioria delas, assim como de gás e a poeira interestelar, acabar por ser arremessada para o espaço intergaláctico. Isso acontece em estrela sempre que atinge a velocidade de escape por meio dos encontros aleatórios com outros corpos celestes. Possui processo lento. Simulações de computador mostram que cerca de 90% da massa das galáxias fervem desta forma – enquanto o resto se torna buraco negro.
Quanto Tempo Vai Levar?
As anãs brancas devem arrefecer para anãs negras com temperatura de no máximo 05 Kelvins em cerca de 10 17 anos, e as galáxias fervem afastadas por 10 19 anos. A maioria dos planetas devem ter órbitas derrubadas até então, mas qualquer astro orbitando estrelas vai espiral graças à radiação gravitacional em cerca de 10 20 anos.
Em cerca de 10 23 anos as estrelas mortas devem ferver fora dos aglomerados galácticos, e não apenas nas galáxias, assim os cachos devem se desintegrar. Neste ponto, a radiação de fundo terá arrefecida a cerca de 10 -13 Kelvins, a maioria das coisas estará a cerca da temperatura, a menos que o decaimento de protões ou qualquer outro processo se mantenha quente. Como o universo se expande os objetos se espalham até o ponto em que cada um fique sozinho na vastidão do espaço.
Tudo exceto os buracos negros possuem tendência para “sublimar” ou “ionizar”, perdendo gradualmente átomos, electrões e protões, apesar da baixa temperatura. Ao pegar caixa de hidrogênio e continuar a fazer caixa maior, mantendo sua temperatura fixa, ele acabará por ionizar. Isso acontece não importa quão baixa a temperatura, desde que não em zero absoluto – o que é proibido pela lei terceira lei da termodinâmica, de qualquer maneira.
Isso pode parecer estranho, mas a razão é simples: em equilíbrio térmico qualquer tipo de material minimiza a energia livre. E – TS = Energia menos as vezes da temperatura entropia. Isto significa que há competição entre querer minimizar a energia e vontade de maximizar entropia. Maximizando a entropia se torna mais importante às temperaturas elevadas, a energia se torna minimiza as temperaturas baixas.
Pense sobre o que isso significa para a nossa caixa de hidrogênio. Por um lado, o hidrogénio ionizado possui mais energia do que os átomos ou moléculas. Isto faz com que os elementos fiquem juntos, de maneira especial em baixas temperaturas. Mas, por outro lado, o hidrogênio ionizado tem maior nível de entropia, já que elétrons e prótons são livres para passear. A diferença de entropia fica cada vez maior à medida que a caixa fica maior. Portanto, não importa o quão baixo a temperatura seja, desde que acima de zero, o hidrogênio irá ionizar para manter a expansão da caixa. No entanto, há uma complicação: no universo em expansão, a temperatura não é constante – diminui!
Então a questão está em qual o efeito que se ganha com a expansão do universo: a densidade decrescente. No curto prazo, essa representa questão bastante complicada, mas no longo prazo, as coisas podem simplificar: se o universo está se expandindo graças a constante cosmológica diferente de zero, a densidade da matéria, obviamente, vai para zero. Mas a temperatura chega ao zero. Ela se aproxima de um determinado valor diferente! Assim, todas as formas de matéria feitas a partir de prótons, nêutrons e elétrons devem ionizar!
Os buracos negros podem evaporar devido à radiação de Hawking. Na verdade o buraco negro apenas encolhe por evaporação quando está em ambiente mais frio do que a temperatura de radiação Hawking – caso contrário, cresce e evolui engolindo radiação térmica.
Artigo escrito por Renato Duarte Plantier
