¿Por qué dicen que el universo se enfriará con la expansión?

El Universo se está expandiendo y dicen que eventualmente se enfriará y se detendrá la formación de nuevas estrellas.

Pero las galaxias solo se están alejando unas de otras, y cada galaxia en sí permanece intacta y la formación de estrellas, etc., ocurre dentro de las galaxias.

Entonces, ¿por qué la expansión del universo afectaría esto cuando las galaxias mismas no se están expandiendo?

Respuestas (3)

Mientras el universo se expande, es cierto que esta expansión no afecta la posición relativa de los cuerpos astronómicos dentro de las galaxias.

Pero cuándo y cómo se extinguen las galaxias 1 , es un proceso complejo y el mecanismo exacto es objeto de muchos estudios astronómicos.

Parece poco probable que la expansión universal por sí sola sea la razón por la que las galaxias se extinguen.

1 Las galaxias que han detenido la formación estelar se denominan "apagadas".

Cuando el espacio se expande, la temperatura general baja, porque habrá más espacio vacío y frío. Incluso si las galaxias mismas no se están enfriando, para la gran mayoría del universo estará frío.

En un futuro muy lejano, incluso las galaxias serán frías, ya que no quedará suficiente material para formar estrellas.

Expandir un gas no significa enfriarlo. Depende mucho de cómo lo hagas, pero puedes tener expansiones isotérmicas (son notablemente parte de un ciclo de Carnot). La ley de los gases ideales no relaciona linealmente la temperatura y el volumen, a menos que esté barostatando un sistema cerrado. Incluso si lo hiciera, modelar el universo como un gas ideal me parece una idea audaz.
“ Cuando un gas se expande, se enfría (ver ley de los gases ideales). ” El gas ideal se enfría al expandirse solo si está en contacto con algo más frío o si hace trabajo. En tu modelo, ¿contra qué trabaja el universo o qué se enfría a través del contacto?
Ok, eliminemos la comparación con los gases ideales (aunque así es como recuerdo la relación entre el factor de escala y la temperatura del universo).

Mi entendimiento profano es que las galaxias gastan su energía y se enfrían y, sin nada nuevo que ingrese debido a la expansión, permanecen así.

¿Qué quieres decir con gastar su energía? La energía total se conserva. Supongo que te refieres a la energía térmica cinética. ¿Cómo lo usan?
Los planetas se enfrían, las estrellas agotan su combustible y se queman, etc. La energía se agota y finalmente se convierte en calor de bajo grado que a su vez se esparce y una vez que la distribución de energía alcanza el equilibrio, ya no puede fluir más energía de un lado a otro para realizar el trabajo.
¿A dónde va la energía? Está diciendo que se convierte en calor con el tiempo, lo que va en contra de la idea de enfriarse.
Para que el calor haga trabajo, debe haber un gradiente a través del cual fluya. En un sistema cerrado, si la temperatura de todo lo que hay dentro es la misma, no se produce flujo de calor porque ya está en equilibrio. ¿Acordado? En ese punto, el calor no puede hacer trabajo porque no puede fluir. Si el calor de todas las galaxias se esparce por el espacio en expansión, todo finalmente alcanza el equilibrio (incluso si el universo no se expande, siempre que no se reduzca). Es por eso que los motores de los automóviles, que son motores térmicos, funcionan mucho más calientes que el ambiente.
Sin embargo, la pregunta no es sobre una galaxia o la capacidad de producir trabajo, sino sobre la temperatura del universo. La temperatura es la energía cinética promedio por partícula. Es una cantidad intensiva. Para una cantidad dada de energía térmica y un sistema dado, la temperatura promedio es la misma. No estoy de acuerdo con la idea de que repartir la energía signifique una temperatura media más baja (la distribución varía pero la media es la misma). Bajar la temperatura implica una transferencia de energía térmica a otra cosa.
@BarbaudJulien Lo que estoy leyendo es que está definiendo la temperatura promedio del Universo como "energía total en el universo dividida por la cantidad de partículas en el universo", las cuales permanecen constantes (?). ¿Estás diciendo que crees que la temperatura promedio del universo sigue siendo la misma? La temperatura de fondo del espacio se define como la energía de los fotones que corresponden a un cuerpo negro a esa temperatura de todos modos, en lugar de la energía cinética en átomos o moléculas.
No energía total, energía cinética térmica. Se puede convertir en otras formas. Estoy diciendo que una respuesta a la pregunta debe mencionar por qué procesos. Usted señaló que la energía potencial de fisión se convierte naturalmente en calor, que es el proceso inverso (que se suma a la energía térmica de otras formas)
@BarbaudJulien ¿Te refieres a la radiación de cuerpo negro que es térmica en fotones?
La energía radiada por una estrella puede ser absorbida por otros cuerpos, es decir, en ese caso la energía térmica no disminuye, simplemente se intercambia. Sin embargo, si está sugiriendo que a medida que el universo se expande, la probabilidad de absorción se reduce por la baja densidad de los cuerpos, lo que lleva a que los cuerpos esencialmente irradien hacia el espacio vacío y se enfríen, esa es una sugerencia que me satisface más. Suena como un mecanismo plausible (pero implica expansión, al contrario de lo que mencionaste anteriormente)
@BarbaudJulien Lo investigué brevemente y la temperatura de fondo del espacio se define como la temperatura de un cuerpo negro que irradia fotones que tienen la misma energía que el fotón en el espacio (el CMB, presumiblemente). Entonces, si toda la energía finalmente termina como calor de alguna manera en la materia, eventualmente toda se irradia como fotones a través del cuerpo negro. Si el espacio se expande, estos fotones se desplazan hacia el rojo. Los fotones de longitudes de onda más largas tienen menos energía que las longitudes de onda más cortas, pero aquí es donde se vuelve un poco extraño ya que hay marcos de referencia y conservación de energía en el corrimiento al rojo que está más allá de mí en este punto.
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