Quel est le sort ultime d'un amas de galaxies?

Nous sommes assez conscients que des amas de galaxies se séparent en raison de l'expansion de l'espace, ce qui les chassera finalement de l'horizon des événements cosmiques les uns des autres, les laissant séparés, seuls, chacun un seul "corps" dans son univers local observable sans aucun moyen de communiquer ou influencer d'autres grappes.

Les grappes elles-mêmes sont maintenues ensemble par une liaison gravitationnelle qui les empêche d'être déchirées intérieurement par l'expansion de l'espace, au moins en supposant que la densité de l'énergie sombre n'augmente pas de manière drastique finalement.

Mais qu'arrivera-t-il au cluster? Au début, je supposais que ses trous noirs engloutiraient toute sa matière disponible et se connecteraient en un seul trou noir solitaire. Mais alors, ni les trous noirs ne sont en fin de compte éternels, en raison du rayonnement de Hawking, ni ils n'avalent toutes les étoiles, soi-disant la plupart des étoiles échappant bien à leur gravité.

Eh bien, quelles théories actuelles disent qu'un amas local de galaxies se transformera en t → ∞?

Comme vous le faites remarquer, dans un univers en accélération, les structures à grande échelle deviendront de plus en plus isolées. Donc, à un certain point, vous aurez des superamas liés par gravitation séparés par de très grands vides et de moins en moins de structures filamenteuses.

Une fois isolés, nous pouvons alors étudier la dynamique de ces superamas indépendants. À de très grandes échelles de temps, les galaxies vont entrer en collision et fusionner. Après les collisions, vous aurez tendance à former des galaxies elliptiques. Je pense donc que vous vous retrouverez avec une grande galaxie elliptique unique.

Nous pourrons alors nous intéresser à l'avenir des étoiles de ces galaxies. Premièrement, nous constatons actuellement que le taux de formation d'étoiles a déjà atteint un sommet il y a quelques milliards d'années. Donc, comme le nombre de collisions de galaxies qui cible généralement la formation d'étoiles, le taux de formation d'étoiles continuera lentement à diminuer. De plus, comme les éléments lourds (tous les éléments sauf l'hydrogène et l'hélium) se forment dans les étoiles, la future génération d'étoiles aura de plus en plus d'éléments lourds. Du point de vue nucléaire, l'élément le plus stable est le fer, donc sur de très grandes échelles de temps les éléments légers seront convertis en fer, tandis que les éléments lourds se désintégreront en fer.

C'est un peu spéculatif, mais je pense qu'à de grandes échelles de temps, de plus en plus de gaz interstellaire et d'étoiles tomberont au centre du potentiel gravitationnel de la galaxie super elliptique. Ainsi, comme la densité augmentera au centre, vous formerez mécaniquement un trou noir supermassif de plus en plus lourd. Un autre point intéressant est que nous ne savons pas actuellement si les protons sont stables ou non. Ainsi, sur des échelles de temps supérieures à ans (voir plus de détails ici ), les protons peuvent naturellement se désintégrer en particules subatomiques plus légères.$10^{30}$

Alors peut-être que nous avec des trous noirs supermassifs et des particules de lumière. Mais comme vous l'avez mentionné, les trous noirs eux-mêmes perdront lentement de la masse sous l'effet du rayonnement de Hawking. Dans le même temps, le taux d'expansion peut avoir augmenté de manière significative conduisant finalement à des particules isolées dans un univers en expansion.$t\rightarrow\infty$

Remarque: il s'agit d'un scénario hypothétique et il y a beaucoup d'inconnues

Cela dépend de l'emplacement du cluster. Les caractéristiques à grande échelle de l'univers (observées et simulées) sont constituées de filaments et de vides. Ci-dessous, une carte produite par le Sloan Digital Sky Survey (SDSS) montrant ces caractéristiques.

Chaque point ici est une galaxie individuelle.

Les simulations montrent remarquablement la même chose. Voici une vidéo de la Millennium Simulation. Il effectue un zoom sur des structures de plus en plus petites, et à peu près à la plus petite échelle sur laquelle il effectue un zoom (~ 4Mpc), il s'agit de la taille d'un cluster individuel. Il s'avère que les collections d'amas qui se forment aux intersections des filaments, les superamas, sont encore plus massives, mais se forment encore aujourd'hui. Si le cluster appartient à ces régions très surchargées, il fusionnera avec d'autres clusters pour éventuellement former des super-clusters. S'ils vivent aux frontières de ces régions, il n'est pas garanti qu'ils tomberont dans des régions plus massives. Je sais que cette réponse manque un peu de détails, mais la théorie de la formation des structures complique les choses. Espérons que cela vous donne une idée de l'endroit où vivent les clusters et de ce qui pourrait leur arriver en tant que .$t \rightarrow \infty$

Les galaxies pourraient être éloignées ou entrer en collision les unes avec les autres. Cela vient des deux théories possibles: le Big Crunch et le Big Freeze. Mais c'est vrai si l'on ne considère que les deux galaxies d'intérêt.

Les vides et les trous noirs ne doivent pas être ignorés car leur présence devrait intensifier ou démolir l'une des forces existantes. Ces deux-là sont également responsables du sort des galaxies.

EDIT: The Big Crunch et The Big Freeze sont deux possibilités théoriques qui posent un avenir à notre univers. Chacune des théories conclut la fin, où l'univers commence à rétrécir comme il s'était une fois élargi et se termine ainsi dans une singularité comme il a commencé, ou l'univers continue à se développer sans relâche, le rendant de plus en plus froid. Les vides et les trous noirs ne devraient pas être directement liés aux destins ci-dessus, mais en seront le résultat final .