A maioria das observações sugere que a expansão do Universo continuará para sempre. A teoria predominante é que o Universo esfriará à medida que se expande, tornando-se frio demais para sustentar a vida. Por esta razão, este cenário futuro popularmente chamado de "Heat Death" (Morte Térmica) agora é conhecido como "Big Chill" (Grande Frio) ou "Big Freeze" (Grande Congelamento).WMAP – Fate of the Universe, WMAP's Universe, NASA. Accessed online July 17, 2008.
Se a energia escura, representada pela constante cosmológica, uma densidade de energia constante preenchendo o espaço homogeneamente, ou campos escalares, como quintessência ou módulos, quantidades dinâmicas cuja densidade de energia pode variar no tempo e no espaço, acelera a expansão do Universo, então o espaço entre os aglomerados de galáxias crescerá a uma taxa crescente. O desvio para o vermelho irá esticar os fótons antigos que chegam (até mesmo os raios gama) para comprimentos de onda indetectavelmente longos e baixas energias. Espera-se que as estrelas se formem normalmente por 1012 a 1014 (1-100 trilhões de anos), mas eventualmente o suprimento de gás necessário para a formação de estrelas se esgotará. À medida que as estrelas existentes ficam sem combustível e deixam de brilhar, o Universo se tornará lenta e inexoravelmente mais escuro.Adams & Laughlin (1997), §IIE. De acordo com as teorias que preveem o decaimento de prótons, os remanescentes estelares deixados para trás desaparecerão, deixando para trás apenas buracos negros, que eventualmente desaparecem à medida que emitem radiação Hawking.Adams & Laughlin (1997), §IV. Em última análise, se o Universo atingir o equilíbrio termodinâmico, um estado no qual a temperatura se aproxima de um valor uniforme, nenhum trabalho adicional será possível, resultando em uma morte térmica final do Universo.Adams & Laughlin (1997), §VID
Cosmologia A expansão infinita não determina a curvatura espacial geral do Universo. Pode ser aberto (com curvatura espacial negativa), plano ou fechado (curvatura espacial positiva), embora, se estiver fechado, deve haver energia escura suficiente para neutralizar as forças gravitacionais ou então o Universo terminará em um Big Crunch.Chapter 7, Calibrating the Cosmos, Frank Levin, New York: Springer, 2006, .
Observações da radiação cósmica de fundo pela Wilkinson Microwave Anisotropy Probe e pela missão Planck sugerem que o Universo é espacialmente plano e tem uma quantidade significativa de energia escura.Five-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Data Processing, Sky Maps, and Basic Results, G. Hinshaw et al., The Astrophysical Journal Supplement Series (2008), submitted, , . Nesse caso, o Universo deve continuar a se expandir em ritmo acelerado. A aceleração da expansão do Universo também foi confirmada por observações de supernovas distantes. Se, como no modelo de concordância da cosmologia física (Lambda-matéria escura fria ou ΛCDM), a energia escura estiver na forma de uma constante cosmológica, a expansão acabará se tornando exponencial, com o tamanho do Universo dobrando a uma taxa constante.
Se a teoria da inflação for verdadeira, o Universo passou por um episódio dominado por uma forma diferente de energia escura nos primeiros momentos do Big Bang; mas a inflação acabou, indicando uma equação de estado muito mais complicada do que as supostas até agora para a energia escura atual. É possível que a equação de estado da energia escura possa mudar novamente, resultando em um evento que teria consequências extremamente difíceis de parametrizar ou prever.
História futura Na década de 1970, o futuro de um Universo em expansão foi estudado pelo astrofísico Jamal IslamPossible Ultimate Fate of the Universe, Jamal N. Islam, Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society 18 (March 1977), pp. 3–8, e pelo físico Freeman Dyson. Então, em seu livro de 1999 The Five Ages of the Universe (As Cinco Eras do Universo), os astrofísicos Fred Adams e Gregory Laughlin dividiram a história passada e futura de um Universo em expansão em cinco eras. A primeira, a Era Primordial, é a época no passado logo após o Big Bang, quando as estrelas ainda não haviam se formado. A segunda, a Era Estelífera, inclui os dias atuais e todas as estrelas e galáxias agora vistas. É o tempo durante o qual as estrelas se formam a partir de nuvens de gás em colapso. Na Era Degenerada subsequente, as estrelas terão queimado, deixando todos os objetos de massa estelar como remanescentes estelares, anãs brancas, estrelas de nêutrons e buracos negros. Na Era do Buraco Negro, anãs brancas, estrelas de nêutrons e outros objetos astronômicos menores foram destruídos pelo decaimento de prótons, deixando apenas buracos negros. Finalmente, na Era das Trevas, até os buracos negros desapareceram, deixando apenas um gás diluído de fótons e léptons.
Esta história futura e a linha do tempo abaixo assumem a expansão contínua do Universo. Se o espaço no Universo começar a se contrair, eventos subsequentes na linha do tempo podem não ocorrer porque o Big Crunch, o colapso do Universo em um estado quente e denso semelhante ao após o Big Bang, ocorrerá.Adams & Laughlin (1997), §VA
Cronologia
A Era Estelífera
Do presente até cerca de (100 trilhões) de anos após o Big Bang O universo observável tem atualmente 1.38 (13.8 bilhões de anos). Desta vez é na Era Estelífera. Cerca de 155 milhões de anos após o Big Bang, a primeira estrela se formou. Desde então, as estrelas se formaram pelo colapso de pequenas e densas regiões centrais em grandes e frias nuvens moleculares de gás de hidrogênio. A princípio, isso produz uma protoestrela, que é quente e brilhante por causa da energia gerada pela contração gravitacional. Depois que a protoestrela se contrai por um tempo, seu núcleo pode ficar quente o suficiente para fundir hidrogênio, se exceder a massa crítica, um processo chamado 'ignição estelar', e sua vida como estrela começará adequadamente.
Estrelas de massa muito baixa acabarão por esgotar todo o seu hidrogénio fusível e depois tornar-se-ão anãs brancas de hélio. Estrelas de massa baixa a média, como o nosso próprio Sol, expelirão parte de sua massa como uma nebulosa planetária e eventualmente se tornarão anãs brancas; estrelas mais massivas explodirão em uma supernova de colapso de núcleo, deixando para trás estrelas de nêutrons ou buracos negros. Em qualquer caso, embora parte da matéria da estrela possa ser devolvida ao meio interestelar, um remanescente degenerado será deixado para trás, cuja massa não será devolvida ao meio interestelar. Portanto, o suprimento de gás disponível para a formação de estrelas está se esgotando constantemente.
Via Láctea e a Galáxia de Andrômeda se fundem em uma
4-8 bilhões de anos a partir de agora (17.8-21.8 bilhões de anos após o Big Bang) A Galáxia de Andrômeda está atualmente a aproximadamente 2.5 milhões de anos-luz de distância da nossa galáxia, a Via Láctea, e elas estão se movendo uma em direção à outra a aproximadamente 300 quilômetros por segundo. Aproximadamente 5 bilhões de anos a partir de agora, ou 19 bilhões de anos após o Big Bang, a Via Láctea e a Galáxia de Andrômeda colidirão uma com a outra e se fundirão em uma grande galáxia com base nas evidências atuais (veja, Colisão Andrômeda-Via Láctea). Até 2012, não havia como confirmar se a possível colisão iria acontecer ou não. Em 2012, os pesquisadores chegaram à conclusão de que a colisão é definitiva depois de usar o Telescópio Espacial Hubble entre 2002 e 2010 para rastrear o movimento de Andrômeda. Isso resulta na formação de Milkdromeda (também conhecido como Milkomeda).
22 bilhões de anos no futuro é o fim mais cedo possível do Universo no cenário Big Rip, assumindo um modelo de energia escura com = −1.5.
O decaimento de falso vácuo pode ocorrer em 20 a 30 bilhões de anos se o campo de Higgs for metaestável.
Coalescência do Grupo Local e galáxias fora do Superaglomerado Local não são mais acessíveis (100 bilhões) a (1 trilhão) de anos As galáxias do Grupo Local, o aglomerado de galáxias que inclui a Via Láctea e a Galáxia de Andrômeda, estão gravitacionalmente ligadas umas às outras. Espera-se que entre (100 bilhões) e (1 trilhão) de anos, suas órbitas decairão e todo o Grupo Local se fundirá em uma grande galáxia.
Supondo que a energia escura continue a fazer o Universo se expandir em ritmo acelerado, em cerca de 150 bilhões de anos todas as galáxias fora do Superaglomerado Local passarão por trás do horizonte cosmológico. Será então impossível que eventos no Superaglomerado Local afetem outras galáxias. Da mesma forma, será impossível que eventos após 150 bilhões de anos, conforme observados por observadores em galáxias distantes, afetem eventos no Superaglomerado Local. No entanto, um observador no Superaglomerado Local continuará a ver galáxias distantes, mas os eventos que observarem se tornarão exponencialmente mais desviados para o vermelho à medida que a galáxia se aproxima do horizonte até que o tempo na galáxia distante pareça parar. O observador no Superaglomerado Local nunca observa eventos após 150 bilhões de anos em seu tempo local e, eventualmente, toda a luz e radiação de fundo fora do Superaglomerado Local parecerão piscar quando a luz se tornar tão desviada para o vermelho que seu comprimento de onda se tornou maior que o diâmetro físico do horizonte.
Tecnicamente, levará um tempo infinitamente longo para que toda interação causal entre o Superaglomerado Local e esta luz cesse. No entanto, devido ao desvio para o vermelho explicado acima, a luz não será necessariamente observada por uma quantidade infinita de tempo e, após 150 bilhões de anos, nenhuma nova interação causal será observada.
Portanto, após 150 bilhões de anos, o transporte intergaláctico e a comunicação além do Superaglomerado Local se tornam causalmente impossíveis.
Luminosidade das galáxias começam a diminuir 8 (800 bilhões) de anos Daqui a 8 (800 bilhões) de anos, as luminosidades das diferentes galáxias, aproximadamente semelhantes até então às atuais graças ao aumento da luminosidade das estrelas restantes à medida que envelhecem, começarão a diminuir, à medida que a anã vermelha menos massiva estrelas começam a morrer como anãs brancas. See Fig. 3.
Galáxias fora do Superaglomerado Local não são mais detectáveis 2 (2 trilhões) de anos Daqui a 2 (2 trilhões) de anos, todas as galáxias fora do Superaglomerado Local serão desviadas para o vermelho a tal ponto que mesmo os raios gama que emitem terão comprimentos de onda maiores do que o tamanho do universo observável da época. Portanto, essas galáxias não serão mais detectáveis de forma alguma.
Era Degenerada De (100 trilhões) a (10 duodecilhões) de anos Daqui a (100 trilhões) de anos, a formação de estrelas terminará, deixando todos os objetos estelares na forma de remanescentes degenerados. Se os prótons não decaírem, os objetos de massa estelar desaparecerão mais lentamente, fazendo com que essa era dure mais.
Formação de estrelas terminará (1 a 100 trilhões) de anos