우주는 끝이 날까요?

우주는 끝이 날까요?

우주는 빅뱅 이후 138억년 동안 존재해왔습니다. 오랜 시간처럼 보일지 모르지만 우주는 존재했을지 오래일지에 비하면 젊습니다. 이상하게 들릴지 모르지만 우주는 언젠가는 존재하지 않을 것입니다. 수조년이 지나면 별 자체가 타버리고 중성자별, 백색 왜성, 블랙홀과 같은 수많은 별의 잔해를 남깁니다. 마지막 별이 불타고 수조 년이 지난 후, 별의 잔해조차도 우주가 끝없는 방사능의 바다를 포함할 때까지 천천히 붕괴합니다. 언제 어떻게 이런 일이 일어날까요?

스텔리기 시대

우리 태양계와 우리가 볼 수 있는 대부분의 별들은 우주 역사에서 스텔리기 시대라고 불리는 시기에 형성되었습니다. 스텔리기는 우주 전체에서 별이 형성되는 기간입니다. 이 시대는 빅뱅 이후 약 100만 년 후에 시작되어 100조 년 동안 지속될 것입니다. 100조년이 긴 시간처럼 보일 수 있지만 스테리우스 시대는 우주에서 가장 짧은 시대 중 하나가 될 것입니다. 스텔리기 시대는 우주 전체에서 별 형성이 일어난 시대로 정의된다는 의미에서, 그 끝은 별 형성이 중단된 기간으로 정의됩니다. 별 형성을 완전히 중단한다는 아이디어는 이상하게 보일 수 있지만 우주에서 사용할 수 있는 수소 가스의 양이 한정되어 있으므로 불가피합니다. 별이 수소를 사용하여 형성되고 진화함에 따라 점차 수소를 더 무거운 원소로 융합합니다. 결국 사용 가능한 모든 수소는 더 무거운 원소로 융합되며 이는 별 형성이 점차 느려지다가 중지됨을 의미합니다. 더 높은 온도에서는 가장 무거운 별이 덜 무거운 별보다 더 빨리 수소를 융합하기 때문에 가장 먼저 나타납니다. 결국 우주에서 가장 밝은 별은 강력한 초신성 폭발로 타버릴 것입니다. 그들은 중성자 별, 펄서 및 블랙홀과 같은 많은 별의 잔해를 남깁니다. 모든 무거운 별이 초신성이 되면 사라지고 덜 무거운 별이 남습니다. 다음은 태양과 같은 중간 크기의 별입니다. 우주의 마지막 별은 수소를 너무 느리게 융합하여 다른 모든 별이 타버린 후에도 수조 년 동안 계속 빛날 적색 왜성입니다. 결국 우주의 마지막 별이 죽으면 그들도 소멸될 것입니다. 약 100조년 후에 우리가 보는 우주는 더 이상 존재하지 않지만 우주는 결코 죽지 않을 것입니다. 대신 별의 잔해는 계속해서 어떤 형태의 빛을 제공할 것이며 행성은 여전히 일부 중성자별과 백색 왜성 주위에 존재할 것입니다. 또한 별 주위를 공전하지 않는 악성 행성은 별이 없는 공간을 계속 표류할 것입니다.

 

마지막 별이 타버리기 전에 우주의 대부분의 은하는 서로 너무 멀리 떨어져 있어 다른 은하에서 다른 은하를 관찰하는 것이 불가능합니다. 우주는 팽창하고 있으며 그 부피는 지속적으로 증가하고 있습니다. 팽창 속도는 우주에 있는 암흑 에너지의 양으로 인해 가속화되고 있습니다. 물질이 점점 더 멀리 밀려날수록 중력은 점점 약해지고 우주는 더 빨리 가속됩니다. 결국 대부분의 물체는 우주 사건의 지평선으로 알려진 것을 통과할 것입니다. 이것은 그들이 너무 멀리 떨어져 있어서 그들의 빛이 결코 서로 도달할 수 없다는 것을 의미합니다. 우리의 우주 지평선은 가장 가까운 은하가 우주 지평선 너머에 있을 때까지 점차 줄어들 것입니다. 우주에는 여전히 수십억 개의 별과 은하가 포함되어 있지만 자신의 은하 외부에서는 아무것도 관찰할 수 없습니다.

퇴화의 시대

이후의 시대와 비교할 때 별의 시대는 우주 역사상 가장 짧은 시대 중 하나가 될 것입니다. 마지막 별이 타면 별의 잔해만 남습니다. 여기에는 백색 왜성, 중성자 별, 펄서 및 블랙홀이 포함됩니다. 또한 일부 행성이 스텔리기 시대에서 살아남았을 가능성도 전적으로 있습니다. 과학자들은 이미 중성자별 주위를 도는 행성을 발견했기 때문에 일부 행성이 별의 죽음에도 살아남거나 별의 죽음의 결과로 형성될 수도 있다는 가설을 세우는 것은 실제로 어렵지 않습니다. 어느 쪽이든 일부 행성은 마지막 별이 타버린 후에도 오랫동안 별의 잔해를 공전할 것입니다. 이 행성들 중 일부가 내부 열을 많이 유지한다면, 그들은 생명체가 존재하는 우주의 마지막 장소가 될 수 있는 액체 상태의 물로 이루어진 지하 바다를 가질 수도 있습니다. 그러나 궁극적으로 별의 잔해조차 사라지는 것은 아닙니다. 퇴행성 시대로 알려진 우주 역사의 이 기간은 수백조 년 동안 지속되었을 수 있습니다.

상상할 수 없을 정도로 긴 수명에도 불구하고 백색 왜성, 중성자 별, 블랙홀조차 존재하지 않을 것입니다. 가장 큰 블랙홀의 수명은 10^72년까지 연장될 수 있으며 블랙홀은 끝까지 지속됩니다.

블랙홀 시대

블랙홀은 정확히 어떻게 존재하지 않았나요? 스티븐 호킹은 블랙홀이 시간이 지남에 따라 천천히 줄어들고 먼 미래에 존재하지 않을 것이라고 처음으로 예측했습니다. 호킹은 모든 블랙홀이 호킹 복사라고 하는 복사의 흐름을 방출한다고 예측했습니다. 블랙홀이 방출하는 호킹 복사의 양은 블랙홀의 표면적과 관련이 있습니다. 블랙홀이 클수록 호킹 복사가 적습니다. 따라서 블랙홀이 클수록 질량을 잃고 수축하는 데 더 오래 걸립니다. 가장 큰 블랙홀은 줄어들고 사라지는 데 수조 년이 걸립니다. 그러나 언젠가는 그렇게 될 것입니다. 마지막 블랙홀이 더 이상 존재하지 않을 때 우주에는 목적 없이 무한히 방황하는 입자와 방사선만 남게 됩니다. 블랙홀 시대의 끝은 암흑 시대를 안내할 것입니다. 이 시대가 지속되는 기간은 양성자가 붕괴하는 기간에 따라 다릅니다. 양성자의 예상 반감기를 관찰할 수 없기 때문에 과학자들은 추정치에 의존해야 했습니다. 현재 과학자들은 양성자의 반감기를 약 1.67 x 10^34년으로 추정합니다. 이것이 사실로 밝혀지면 마지막 양성자는 결국 더 작은 입자, 이 경우에는 파이온과 양전자로 붕괴될 것입니다. 언젠가는 이 입자들도 존재하지 않을 것입니다. 알려진 모든 입자가 붕괴되면 우주는 종말을 맞게 됩니다. 나머지는 끝없는 공허의 바다에 불과합니다.