"

11 Chapter 11 – What are the biggest questions about the Universe?

OpenStax Astronomy Chapter 29: The Big Bang

What is the Fate of the Universe?

Section 29.2 

 

I.                                                                                                           

A. Universe is                                                              , but expansion can                                                                                                                                                    

1. The                                       of expansion determines the                                 of the Universe

B. Rate of expansion and fate                                                         on                                                                                           (amount of                                                 ) in the universe

1. Because                                                                                                                                 by bringing things together

2. Amount of gravity from both                                                                                                           (both have mass)

3. The                                                           there is, the                                                                         there is to                                                                                  the expansion

C.                                                                                                               gravity so rate of expansion                                                     (open universe)

D.                                       Density:                                           gravity so expansion                                       and universe eventually                                                              (closed universe, Big Crunch)

E.                                                   Density: gravity                                                      expansion so keeps                                                                                  but                                                                           expanding until                                                 

F. Best                                                                          from                                                                     predict universe will                                                                             , maybe slowing, but                                                                     

 

If the fate of the universe were determined ONLY by the density of matter, astronomers would predict that the universe will:

A.  Expand forever slowly
B.  Stop expanding and eventually collapse
C.  Expand faster and faster
D.  Oscillate between expansion and collapse

 

What is the Universe really made of?

Section 29.5 

 

II.                                                                     

A. In the 1990s, discovered the                                                                                                                                                                                down as predicted

1.                                     of expansion was actually                                               in the                                    

B. So, there must be a                                                                     that                                                                            to make it                                                                 : called it                                                                         

1. Gravity                                          together, dark energy                                          apart

2. We know it is                                                      as energy of                                                                                   , but don’t know what it is

 

III. The                                                                                                  

A. Represents a                                                                                      for                                                                   

      1.                                                                        that                                                                                         and causes acceleration or the                                                                                         of space

B. Originally part of Einstein’s theory of                                                                                 (1915) because thought universe was                                           or unchanging (didn’t know universe was expanding yet)

1. Put a                                                              in equations to keep the universe                             called the                                                                                               

C. After he saw                                                                                           and the Hubble-Lemaitre Law (about 10 years later), Einstein                               the cosmological constant                         of  his equations

D. Now, scientists                                                                                 in to represent                                                          

 

When astronomers discovered that the universe was                       , some thought that Einstein’s cosmological constant would be useful to explain it.

A.  Accelerating
B.  Expanding
C.  Contracting
D.  Decelerating

 

How did the Universe get this way?

Section 29.6

 

IV.                                                     the traditional                                                                                                                               

A.                                                                   : The                                                     is too                                                         

1. Almost                                                                                               in                          directions

2. Means                                                                   had to have been                                                                

3. But,                                                                                    (exchange energy) over the                                           , takes                                                                                                   to travel to make everything smooth

B.                                                                          : CMB shows                                                           of universe is                            

1. Too                                     to                                                                             

2. Something must have                                                       it to be                                                     

 

V.                                                            Theory

A. Very                                                                             at                                                                            times (< 10-32 seconds)

1.                                                                                        exponentially and much                                 than                                                                , but only very                                                      

B. Provides                                                                                                         and                                                        the early universe

1.                                      initial                                                        will look                                         when                                                        

2. Can                                                   to smaller                                                             (observable universe)

a. Should be                                             ,  because was                           close                                               to begin with

 

What solves the flatness and horizon problems of the Big Bang theory?

A.  The universe used to be curved.
B.  The universe will collapse.
C.  The universe inflated quickly at early times.
D.  The universe is accelerating.

 

 

VI. Universe                                                  if                                                        lasts forever (with Dark Energy)

A. Beginning:                                                                                                           (< 10-30 second)

B.                                                                                            plasma, only                                                     and subatomic                                              until first atoms and first light at recombination (300,000 years)

C.                                                                Era (Era of stars):                                                  time,                                  forming

D.                                                             Era:                                               out, leaving brown dwarfs,                                                                                                                              (1014 years)

E.                                                          Era: all normal                                                                 , leaving                                                                                          (1039 years)

F.                                              Era: even black holes                                                       (10100 years), leaving only subatomic                                                  like cold photons, neutrinos, electrons, and positrons in                                                               universe

 

What do most astronomers today believe will be the final state of our universe?

A  “Big Crunch” in which everything collapses back in on itself
B.  An ever-expanding universe filled with only hydrogen and helium gas
C.  A universe that stops expanding and is filled with nothing but white dwarfs, neutron stars, and black holes
D.  An expanding universe filled with photons and elementary particles, but no matter or stars

 

Are there other Universes?

Section 29.7 

 

VII.                                                              

A. A                                                                                         almost identical to or very                                                 from ours

1. Many mathematical                                                   on how this might work, but most do                          have                                                                                

B.                                                    universe could contain an                                                number of                                        observable universes

C.                                                                               : This universe                                                                                  because this is the                                                                                                                          

1. Lots physical rates and values are                                                       to allow survival (CMB fluctuations, expansion, gravity, fusion, etc)

2. If there is more than one universe, this may be the                                                     just right for                                life

 

Do you think there is more than one universe?

 

A.  No, this is the only one
B.  Yes, but this is the only one with life
C.  Yes, there may be life in other universes, but there is only one version of me
D.  Yes, and there are lots of different versions of me in the alternate universes

 

Tutorial Activity – Dark Energy and Fate of the Universe

“Elementary Astronomy Worksheet Handout 24: Dark Matter, Dark Energy” (modified by Kaisa E. Young) by Catherine Whiting via OER Commons, licensed under CC BY 4.0, https://oercommons.org/courses/elementary-astronomy-worksheets

 

1. What is dark energy? In what sense is it “dark”?

 

 

2. Consider the four types of universe in Figure 4 (A: Collapsing, B: Critical Density, C: Constant Expansion, D: Accelerating Expansion).

           

Figure 1: ”Four Possible Models of the Universe.” (Modified by Kaisa E. Young) by Andrew Fraknoi, David Morrison, and Sidney Wolf via OpenStax, licensed under CC BY 4.0

 

(a) Which model has the most amount of matter (normal and dark matter)? Why?

 

 

(b) Which model has dark energy included in the universe? Why?

 

 

(c) Which model best represents our universe based on current observations?

 

 

3. What do you think will ultimately happen to the universe? What will the universe be like in the far future?

 

 

 

License

Icon for the Creative Commons Attribution 4.0 International License

Astronomy of Stars and Galaxies Copyright © by Kaisa Young is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, except where otherwise noted.