Số phận cuối cùng của một cụm thiên hà là gì?

Chúng ta khá nhận thức được các cụm thiên hà trôi dạt do sự giãn nở không gian, cuối cùng sẽ đẩy chúng ra khỏi chân trời sự kiện vũ trụ, khiến chúng tách biệt, một mình, mỗi "cơ thể" trong vũ trụ quan sát được tại địa phương không có phương tiện giao tiếp hoặc ảnh hưởng đến các cụm khác.

Bản thân các cụm được giữ với nhau bằng liên kết hấp dẫn giữ cho chúng không bị xé rách bên trong khi mở rộng không gian, ít nhất là giả sử mật độ năng lượng tối không tăng mạnh.

Điều gì sẽ xảy ra với cụm mặc dù? Lúc đầu, tôi cho rằng các lỗ đen của nó sẽ nuốt tất cả vật chất có sẵn của nó và kết nối thành một lỗ đen đơn độc. Nhưng sau đó, các hố đen cuối cùng không phải là vĩnh cửu, do Hawking Radiation, cũng không nuốt tất cả các ngôi sao, được cho là hầu hết các ngôi sao thoát khỏi lực hấp dẫn của chúng.

Vậy thì, những lý thuyết hiện tại nói rằng một cụm thiên hà địa phương sẽ biến thành t →?

Như bạn chỉ ra, trong một vũ trụ đang tăng tốc, các cấu trúc quy mô lớn sẽ ngày càng bị cô lập. Vì vậy, tại một thời điểm nhất định, bạn sẽ có các siêu lớp liên kết hấp dẫn được phân tách bằng các khoảng trống rất lớn và các cấu trúc sợi nhỏ hơn và ít hơn.

Sau khi bị cô lập, chúng ta có thể nghiên cứu động lực học của các siêu đám mây độc lập này. Ở quy mô thời gian rất lớn, các thiên hà sẽ va chạm và hợp nhất. Sau khi va chạm, bạn sẽ có xu hướng hình thành các thiên hà hình elip. Vì vậy, tôi nghĩ rằng bạn sẽ kết thúc với một thiên hà hình elip lớn.

Sau đó, chúng ta có thể quan tâm đến tương lai của các ngôi sao của các thiên hà này. Đầu tiên chúng ta hiện thấy rằng tỷ lệ hình thành sao đã đạt đỉnh vài tỷ năm trước. Vì vậy, khi số lượng các vụ va chạm thiên hà thường nhắm vào sự hình thành sao, tốc độ hình thành sao sẽ từ từ tiếp tục giảm. Hơn nữa, khi các nguyên tố nặng (tất cả các nguyên tố ngoài hydro và heli) được hình thành trong các ngôi sao, thế hệ sao trong tương lai sẽ có ngày càng nhiều nguyên tố nặng. Từ quan điểm hạt nhân, nguyên tố ổn định nhất là sắt, vì vậy trong thời gian rất rất lớn, các nguyên tố nhẹ sẽ được chuyển đổi thành sắt, trong khi các nguyên tố nặng sẽ phân hủy thành sắt.

Đây là một chút suy đoán, nhưng tôi nghĩ rằng trên quy mô thời gian lớn, ngày càng nhiều khí và các vì sao sẽ rơi vào trung tâm của thế năng hấp dẫn của thiên hà siêu elip. Vì vậy, khi mật độ sẽ tăng lên ở trung tâm, bạn sẽ tạo thành một lỗ đen siêu khối nặng hơn và nặng hơn. Một điểm thú vị khác là hiện tại chúng ta không biết liệu proton có ổn định hay không. Vì vậy, trên quy mô thời gian lớn hơn năm (xem thêm chi tiết tại đây ) các proton có thể tự nhiên phân rã thành các hạt hạ nguyên tử nhẹ hơn.$10^{30}$

Vì vậy, có thể vì chúng ta sẽ kết thúc với các lỗ đen siêu lớn và các hạt ánh sáng. Nhưng như bạn đã đề cập, các lỗ đen sẽ tự mất dần khối lượng bởi bức xạ Hawking. Đồng thời, tốc độ mở rộng có thể đã tăng đáng kể dẫn đến các hạt bị cô lập trong Vũ trụ đang giãn nở.$t\rightarrow\infty$

Lưu ý: đây là một tình huống giả định và có rất nhiều điều chưa biết

Điều này phụ thuộc vào vị trí của cụm. Các đặc điểm quy mô lớn của vũ trụ (cả được quan sát và mô phỏng) bao gồm các sợi và lỗ rỗng. Dưới đây là bản đồ được tạo bởi Khảo sát bầu trời kỹ thuật số Sloan (SDSS) cho thấy các tính năng này.

Mỗi dấu chấm ở đây là một thiên hà riêng lẻ.

Mô phỏng cho thấy điều tương tự. Dưới đây là video mô phỏng thiên niên kỷ. Nó phóng to các cấu trúc nhỏ hơn và nhỏ hơn, và chỉ ở quy mô nhỏ nhất mà nó thu phóng tới (~ 4Mpc) có kích thước bằng một cụm riêng lẻ. Nó chỉ ra rằng các bộ sưu tập các cụm hình thành tại các giao điểm của các sợi, siêu cụm, thậm chí còn đồ sộ hơn, nhưng vẫn đang hình thành cho đến ngày nay. Nếu cụm thuộc về các khu vực quá mức này, nó sẽ hợp nhất với các cụm khác để cuối cùng tạo thành các cụm siêu. Nếu họ sống ở ranh giới của các khu vực này, không có gì đảm bảo rằng họ sẽ rơi vào các khu vực đồ sộ hơn. Tôi biết câu trả lời này là một chút thiếu chi tiết, nhưng lý thuyết hình thành cấu trúc là công cụ phức tạp. Hy vọng rằng điều này cung cấp cho bạn một số ý tưởng về nơi các cụm sống và những gì có thể xảy ra với chúng là .$t \rightarrow \infty$

Các thiên hà có thể bị kéo đi hoặc va chạm với nhau. Điều này xuất phát từ hai lý thuyết có thể: The Big Crunch và The Big đóng băng. Nhưng nó đúng nếu chúng ta chỉ xem xét hai thiên hà quan tâm.

Voids và Black Holes không nên bỏ qua vì có sự hiện diện sẽ leo thang hoặc phá hủy bất kỳ lực lượng hiện có nào. Hai người này chịu trách nhiệm như nhau đối với số phận của các thiên hà.

EDIT: Big Crunch và The Big Freeze là hai khả năng lý thuyết đặt ra một tương lai cho vũ trụ của chúng ta. Mỗi lý thuyết kết luận về sự kết thúc, trong đó vũ trụ bắt đầu co lại như nó đã từng mở rộng và do đó kết thúc ở một điểm kỳ dị khi nó bắt đầu, hoặc vũ trụ không ngừng mở rộng làm cho nó lạnh hơn và lạnh hơn. Voids và Black Holes không nên liên quan trực tiếp đến những số phận trên mà sẽ là kết quả cuối cùng của chúng.