چه اتفاقی برای انرژی­ ای می ­افتد که توسط همۀ ستارگان به بیرون تابیده می­ شود؟

 

ستارگان انرژی را به روش­های گوناگونی به بیرون می­ تابانند:

1) از طریق فوتون­های بدون جرم پرتوهای الکترومغناطیسی و به صورت پرانرژی­ ترین پرتوهای گاما تا کم انرژی­ ترین پرتوهای رادیویی (حتی از مواد سرد هم فوتون­هایی تابش می ­شود، هر چه ماده سردتر باشد، فوتون­های آن نیز ضعیف­ ترند). نور مرئی قسمتی از این نوع پرتوهاست.

2) به صورت ذرات بدون جرم دیگر مانند نوترینوها و گراویتون­ها.

3) به صورت ذرات جرم دار پر انرژی، که بیشتر شامل پروتون­ها هستند، اما شامل مقادیر اندکی از ذرات هسته­ ای مختلف و همین طور انواع دیگری از ذرات نیز هست. اینها پرتوهای کیهانی هستند.

تمام ذرات تابش شده فوتون­ها، نوترینوها، گراویتون­ها، پروتون­ها و از این قبیل- تا زمانی که در فضا هستند، پایدارند. آنها می­ توانند میلیاردها سال نوری در خلأ و به مدت میلیاردها سال سفر کنند و تا جایی که ما می ­دانیم، دستخوش هیچ تغییری نمی ­شوند.

در نتیجه، تمام این ذرات تابیده شده وجود دارند، تا زمانی که (مهم نیست چقدر طول می­ کشد) به نوعی از ماده برخورد کنند و جذب آن شوند. تقریباً هر نوع ماده­ ای می­ تواند فوتون­ها را به خود جذب کند. پروتون­های پر انرژی کمی سخت­تر متوقف و جذب می ­شوند و جذب شدن نوترینوها به مقدار خیلی زیادی مشکل­تر است. در مورد گراویتون­ها هم تا جایی که ما تا کنون می ­دانیم، مقدار آن بسیار کم است.

حال تصور کنید که جهان فقط شامل ستارگانی است که به شکلی غیر قابل تغییر ترتیب و قرار گرفته­ اند. هر ذره ­ای که توسط یک ستاره به بیرون تابیده می­ شود، در طول فضا حرکت می­ کند تا اینکه با چیز دیگری برخورد کند (یک ستارۀ دیگر) و جذب ­شود.  ذرات فقط از یک ستاره به ستارۀ دیگر می­ روند و در کل، هر ستاره همۀ انرژی­ه ایی که به بیرون تابانده را دوباره جذب می­کند. در این حالت به نظر می­ رسد که جهان می­ تواند بدون هیچ تغییری تا ابد دوام بیاورد.

این که در واقع چنین نیست، نتیجۀ این سه دلیل است:

1) این جهان فقط از ستارگان تشکیل نشده، بلکه شامل مقادیر قابل توجهی از مادۀ سرد، از سیارات بزرگ گرفته تا غبار بین ستاره­ای هم می ­شود. وقتی که این مادۀ سرد، برخی از ذرات را متوقف می­ کند، آن ذرات را جذب می­ کند و به جای آنها، ذرات کم انرژی­تری را بجای آن به بیرون می­ تاباند. چنین چیزی در کل به این معنی است که با گذشت زمان دمای مادۀ سرد بالا می­ رود و محتوای انرژی ستارگان کاهش می یابد.

2) مقداری از انرژی­ ای که از ستارگان و همین طور اشکال دیگری از ماده به بیرون فرستاده می­ شود (مانند نوترینوها و گراویتون­ها)، گرایش آنچنان اندکی به جذب شدن توسط ماده دارند که در تمام مدتی که جهان وجود دارد، تنها درصد بسیار ناچیزی از آن توسط مواد جذب شده است. چنین چیزی به این معنی است که قسمت بزرگی از انرژی­ ای که ستارگان به بیرون می ­تابانند، در فضا سرگردان است و همین یعنی اینکه محتوای انرژی ستارگان باز هم کمتر می­شود.

3) جهان در حال گسترش است. هر سال فضای بیشتری بین کهکشان­ها به وجود می ­آید، به طوری که حتی ذرات قابل جذبی مانند پروتون­ها و فوتون­ها، می ­توانند به طور متوسط، پیش از اینکه با ماده­ ای برخورد کنند و جذب آن بشوند، فاصله ­های بیشتری در فضا را طی کنند. همچنین به همین دلیل، هر سال در جهان انرژی کمتری از آنچه ستارگان می­تابانند، نسبت به سال قبل جذب می­شود و مقداری از انرژی که در ذرات پر سرعت، پر انرژی و با این وجود غیر قابل جذب  وجود دارد، باید صرف پر کردن فضای اضافی شود که در اثر گسترش ایجاد شده است. در واقع همین دلیل به خودی خود کافی است. تا زمانی که گسترش جهان ادامه می­ یابد، سرد شدن کلی آن نیز ادامه خواهد یافت.

البته وقتی که جهان دوباره شروع به انقباض کند، شرایط برعکس خواهد شد، و جهان شروع به گرم­تر شدن خواهد کرد.