Qual é o destino final de um aglomerado de galáxias?

Estamos bastante conscientes de que os aglomerados de galáxias se separam devido à expansão do espaço, que os expulsará do horizonte de eventos cósmico um do outro, deixando-os separados, sozinhos, cada um com um "corpo" dentro de seu universo observável local, sem meios de comunicação ou influenciar outros clusters.

Os próprios aglomerados são mantidos juntos pela ligação gravitacional que os impede de serem separados internamente pela expansão do espaço, pelo menos assumindo que a densidade da energia escura não aumenta drasticamente eventualmente.

O que acontecerá com o cluster? A princípio, presumi que seus buracos negros engoliriam toda a matéria disponível e se conectariam a um único buraco negro solitário. Mas então, nem os buracos negros são finalmente eternos, devido à Radiação Hawking, nem engolem todas as estrelas, supostamente a maioria das estrelas escapando bem da gravidade.

Bem, então, quais teorias atuais dizem que um aglomerado local de galáxias se transformará em t → ∞?

Como você ressalta, em um universo em aceleração, estruturas em larga escala se tornam cada vez mais isoladas. Então, em um certo ponto, você terá superaglomerados gravitacionalmente separados por vazios muito grandes e estruturas cada vez menos filamentosas.

Uma vez isolados, podemos estudar a dinâmica desses superaglomerados independentes. Em escalas de tempo muito grandes, as galáxias colidem e se fundem. Após colisões, você tenderá a formar galáxias elípticas. Então eu acho que você vai acabar com uma grande galáxia elíptica.

Então podemos estar interessados ​​no futuro das estrelas dessas galáxias. Primeiro, atualmente vemos que a taxa de formação estelar já atingiu o pico há alguns bilhões de anos atrás. Assim, à medida que o número de colisões de galáxias que geralmente atinge a formação estelar, a taxa de formação estelar continuará diminuindo lentamente. Além disso, à medida que elementos pesados ​​(todos os elementos, exceto hidrogênio e hélio) são formados em estrelas, a futura geração de estrelas terá cada vez mais elementos pesados. Do ponto de vista nuclear, o elemento mais estável é o ferro; portanto, em escalas de tempo muito grandes, os elementos leves serão convertidos em ferro, enquanto os elementos pesados ​​serão decompostos em ferro.

Isso é um pouco especulativo, mas acho que em grandes escalas de tempo, mais e mais gás interestelar e estrelas cairão no centro do potencial gravitacional da galáxia super elíptica. Assim, à medida que a densidade aumentará no centro, você formará mecanicamente um buraco negro supermassivo cada vez mais pesado. Outro ponto interessante é que atualmente não sabemos se o próton é estável ou não. Portanto, em escalas de tempo maiores que anos (veja mais detalhes aqui ), os prótons podem decair naturalmente em partículas subatômicas mais leves.$10^{30}$

$t\rightarrow\infty$

Nota: este é um cenário hipotético e há muitas incógnitas

Isso depende de onde o cluster está. Características de grande escala do universo (observadas e simuladas) consistem em filamentos e vazios. Abaixo está um mapa produzido pelo Sloan Digital Sky Survey (SDSS) mostrando esses recursos.

Cada ponto aqui é uma galáxia individual.

As simulações mostram notavelmente a mesma coisa. Aqui está um vídeo da Simulação do Milênio$t \rightarrow \infty$

As galáxias poderiam ser afastadas ou colidir umas com as outras. Isso vem das duas teorias possíveis: The Big Crunch e The Big freeze. Mas é verdade se considerarmos apenas as duas galáxias de interesse.

Vazios e buracos negros não devem ser ignorados, pois a presença deve escalar ou demolir qualquer uma das forças existentes. Esses dois são igualmente responsáveis ​​pelo destino das galáxias.

EDIT: The Big Crunch e The Big Freeze são duas possibilidades teóricas que representam um futuro para o nosso universo. Cada uma das teorias conclui o fim, onde o universo começa a encolher como havia se expandido e, assim, termina em uma singularidade como começou, ou o universo continua se expandindo incansavelmente, tornando-o cada vez mais frio. Vazios e Buracos Negros não devem se relacionar diretamente com os destinos acima, mas serão o resultado final deles.