¿Cuándo se volverán inestables las galaxias debido a la energía oscura? ¿Cómo será para una civilización observar que su propia galaxia atraviesa este periodo de inestabilidad?
Respuesta
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Todo esto está muy bien descrito en la página de Wikipedia sobre el "gran desgarro" .
La ecuación de aceleración de Friedmann determina la evolución del factor de escala del universo y puede escribirse como $$\frac{\ddot{a}}{a} = -\frac{4\pi G}{3}\left(\rho + \frac{3P}{c^2}\right) $$ donde $\rho$ es la densidad de energía, y $P$ es la presión, normalmente parametrizada como $P = w\rho c^2$ .
Una constante cosmológica tiene $w=-1$ que lleva a $$ \ddot{a} = \frac{8\pi G \rho a}{3}$$ Y de ahí el crecimiento exponencial. No pasa nada, las galaxias aún pueden sobrevivir en un universo así, unidas por su autogravedad.
El "gran desgarro" se produce cuando $w<-1$ . En este caso, no sólo la aceleración de la expansión aumenta con el tiempo, sino que el tamaño del universo observable se reduce a un ritmo creciente. Una vez que este tamaño es menor que cualquier estructura particular, no puede mantenerse unida. Finalmente, se alcanza una singularidad cuando todos los puntos están infinitamente separados, es decir, el factor de escala se vuelve infinito. Esto ocurre en un tiempo $$ t- t_0 = \frac{2}{3|1+w|H_0 (1 - \Omega_M)^{1/2}} \simeq \frac{11\ Gyr}{|1+w|},$$ donde $\Omega_m$ y $H_0$ son la densidad de materia y el parámetro de Hubble ahora en el tiempo $t_0$ .
Debido a la naturaleza acelerada del proceso, el momento en que las galaxias se desgarrarían está muy cerca de la singularidad final (a menos que $w$ está muy, muy cerca de $-1$ ). Por lo tanto, elija su $w$ y lo introduces en la fórmula. En la actualidad, las restricciones de $w$ no son lo suficientemente buenos para decir lo que va a pasar.
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¿Por qué cree que las galaxias se vuelven inestables debido a la energía oscura? No se limita a unas pocas líneas en su pregunta: ¡dé el contexto y las referencias!
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A medida que la constante de Hubble aumente con el tiempo, acabará siendo más fuerte que la atracción gravitatoria entre objetos a grandes distancias, como las estrellas de una galaxia. Con el tiempo, incluso los planetas no podrán permanecer en órbita alrededor de las estrellas, etc.
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No creo que, por ahora, podamos decir con certeza cuándo ocurrirá esto. En parte, esto se debe a que no entendemos la fuerza de la energía oscura, o incluso lo que es. Ni siquiera sabemos si la energía oscura o la gravedad será la fuerza dominante en un futuro lejano. El debate "Big Rip vs Big Crunch vs Big Freeze". Por lo tanto, no hay una respuesta precisa a su pregunta. Lo siento. Una cosita divertida, puedes consultar este diagrama sobre el único futuro posible del universo en el sitio web de la BBC. Vaya a esta página, bbc.com/future/story/20140105-timeline-of-the-far-future
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Según la predicción de la cosmología estándar, la ED acaba dominando hasta el punto de que empieza a destruir estructuras gravitacionales como las galaxias. Una referencia no haría daño a la pregunta, pero asumir que esto es el futuro está bien fundamentado en la física (creo).