Er zijn verschillende vragen die ons 's nachts wakker houden, en ze hebben betrekking op het uiteindelijke lot van de hele kosmos. Sterren lichten op, ze worden vervangen door nieuwe, ze branden ook op, en alles herhaalt zich totdat het universum geen brandstof meer heeft. De sterrenstelsels zullen samensmelten en materie uitwerpen, en de ruimte tussen groepen en clusters van sterrenstelsels zal voor altijd groter worden. Donkere energie zorgt ervoor dat deze uitbreiding niet alleen onverbiddelijk is, maar ook versnelt. Maar zal dit het einde zijn? Zou deze "grote kloof" (wanneer alles op oneindig verre afstand van elkaar eindigt) kunnen leiden tot een nieuwe "oerknal"? Als het heelal snel genoeg uitdijt om de atomen uit elkaar te scheuren en de quarks ervan te scheiden … Zal er een quark-gluon-soep ontstaan?
Op het spel staat het lot van het universum, wat men ook mag zeggen.
Wat staat het universum aan het einde te wachten?
Als je naar een ver, willekeurig sterrenstelsel in het universum kijkt, is de kans groot dat je zult zien dat zijn gloed roder is dan die van de sterren die in ons sterrenstelsel gloeien. In de jaren twintig ontdekten wetenschappers dat dit patroon als geheel bleef bestaan: hoe verder de melkweg van je verwijderd is, hoe roder het licht. In de context van de algemene relativiteitstheorie werd al snel duidelijk dat dit te wijten was aan de uitbreiding van het weefsel van de ruimte zelf in de tijd.
De volgende stap was om te kwantificeren hoe snel het universum zich uitbreidde en hoe dat tempo in de loop van de tijd veranderde. De reden waarom dit belangrijk was, vanuit theoretisch oogpunt, is dat de geschiedenis van de expansie van het universum bepaalde wat er in zat. Als je wilt weten waar je universum van gemaakt is, op zijn grootste schaal, zal het helpen om te meten hoe het universum zich gedurende de kosmische tijd heeft uitgebreid.
Als je universum gevuld is met materie, zou je verwachten dat de snelheid van expansie afneemt in verhouding tot de hoeveelheid materie die wordt verdund. Als het gevuld is met straling, zal de expansiesnelheid nog meer dalen, omdat de straling zelf roodverschoven wordt en extra energie verliest. Een universum met ruimtelijke kromming, kosmische snaren of energie die inherent is aan de ruimte zelf, zal zich toch op een andere manier ontwikkelen, afhankelijk van de verhoudingen van alle energiecomponenten.
Promotie video:
Op basis van de volledige reeks metingen die we hebben kunnen doen, inclusief variabele sterren, sterrenstelsels van verschillende typen en eigenschappen, en type Ia supernovae, evenals de kosmische microgolfachtergrond en clustering en correlatie van sterrenstelsels, konden we precies vaststellen waaruit het universum is gemaakt. Het bestaat met name uit:
- 68% van donkere energie;
- 27% donkere materie;
- 4,9% van gewone zaken;
- 0,09% neutrino's;
- 0,01% straling.
Plus of min een aanpassing van telkens enkele tienden van een procent.
Ons universum, dat wordt gedomineerd door donkere energie, is vooral interessant omdat dit onderdeel niet in het universum bestond, laat staan dat het overheerste. En toch zijn we hier, 13,8 miljard jaar na de oerknal, in een universum waarin donkere energie de uitbreiding van het universum aandrijft.
Er zijn zoveel vragen rondom donkere energie. Wat is zijn aard? Waar komt het vandaan? Is het constant of verandert het in de loop van de tijd? Er zijn geen definitieve antwoorden, maar alles wijst erop dat donkere energie een kosmologische constante is. Met andere woorden, het gedraagt zich als een nieuwe vorm van energie die inherent is aan de ruimte zelf. Terwijl het universum zich uitbreidt, creëert het een nieuwe ruimte die dezelfde uniforme hoeveelheid donkere energie bevat.
Dit is in ieder geval ons beste uitzicht tot nu toe. Vanuit theoretisch oogpunt zijn er verschillende bekende manieren om de kosmologische constante te creëren, en daarom zal deze verklaring - zolang de gegevens ermee instemmen - de voorkeur blijven krijgen. Maar er is geen reden waarom donkere energie niet complexer zou kunnen zijn.
Het kan iets zijn dat na verloop van tijd erodeert en steeds minder dicht wordt, zij het een beetje. Het kan iets zijn dat in de verre toekomst van teken verandert en leidt tot de herschepping van het universum in een grote druk. Het kan ook iets zijn dat in de loop van de tijd sterker wordt, waardoor het universum in de loop van de tijd wordt versneld en uitgebreid. Het is deze variatie die leidt tot het Big Rip-scenario.
Als we het hebben over een component van energie in het universum, hebben we het over de toestandsvergelijking, die beschrijft hoe het zich in de loop van de tijd in het universum ontwikkelt. Astrofysici gebruiken hiervoor de parameter w, waarbij w = 0 correspondeert met materie, w = 1/3 correspondeert met straling, w = -1 correspondeert met de kosmologische constante.
Donkere energie lijkt w = -1 te hebben, maar dit is niet juist. Nieuw werk van de Subaru Hyper Suprime-Cam-samenwerking heeft bijvoorbeeld nieuwe beperkingen toegevoegd aan de donkere energievergelijking van de staat. Hoewel donkere energie behoorlijk overtuigend overeenkomt met w = -1, wordt er ook gespeculeerd dat het nog negatiever zou kunnen zijn. Als het echt zo is - als blijkt dat w <-1 en niet gelijk is aan -1 - dan is de Big Rip onvermijdelijk.
Als de Big Rip op handen is, zullen niet alleen het uitdijende heelal, maar ook verre objecten in de loop van de tijd steeds sneller van ons versnellen (vanwege donkere energie). Maar objecten die bij elkaar worden gehouden door een fundamentele kracht, zullen uiteindelijk uit elkaar worden gerukt door de toenemende kracht van donkere energie.
Vele miljarden jaren in de toekomst zal onze lokale groep zien hoe de sterren aan de rand de ruimte in zullen worden gegooid, aangezien ze zwaartekracht los zullen worden gemaakt van ons toekomstige verre melkwegstelsel: Milkomed. Naarmate de tijd verstrijkt, zullen steeds meer sterren naar buiten worden geworpen totdat de structuren die we kennen als sterrenstelsels ineenstorten en een verzameling van miljarden niet-verwante sterren en stellaire lijken worden.
Na verloop van tijd zullen de planeten uit hun zonnestelsels worden geworpen omdat donkere energie zal toenemen en dan zullen zelfs de planeten zelf uit elkaar worden gescheurd. Op de allerlaatste momenten zullen objecten die door atomaire en moleculaire krachten worden vastgehouden, uit elkaar worden gescheurd, elektronen uit hun atomen worden gerukt, atoomkernen zullen afbrokkelen en zelfs de quarks zelf zullen worden gescheiden. En dan barsten ze.
Wachten we op een nieuwe oerknal?
Als de Big Rip een correct model is voor de ontwikkeling van het heelal, zal alles in het heelal worden teruggebracht tot de meest fundamentele componenten, die in sommige opzichten sterk overeenkomen met de eerste stadia van de oerknal.
Dit quark-gluon-plasma zal echter anders zijn dan het was tijdens de oerknal. Ten eerste is de Big Bang heet en dicht, en de Big Rip zal extreem koud en diffuus zijn. Ten tweede wordt de oerknal gekenmerkt door het feit dat alle materie en energie in het heelal wordt gecomprimeerd tot een klein volume van de ruimte, maar in de Big Rip zullen ze worden verspreid over triljoenen lichtjaren. Bovendien vertegenwoordigt de oerknal een toestand van relatief lage entropie, maar in de oerknal zal de entropie 10 (tot de macht van 35) keer meer zijn dan in de oerknal.
Maar er is hoop.
Misschien kan de donkere energie die naar de Big Rip zal leiden het universum herstarten. Als de kracht van donkere energie toeneemt, is deze donkere energie inherent aan het weefsel van de ruimte zelf, wat betekent dat het volledig analoog kan zijn aan de vroege periode in de geschiedenis van ons universum, toen de ruimte zich enorm snel uitbreidde: kosmische inflatie. Inflatie elimineert alle reeds bestaande materie en energie in het universum en laat alleen het weefsel van de ruimte achter. Na een periode van inflatie wordt energie op de een of andere manier omgezet in deeltjes, antideeltjes en straling, wat leidt tot de oerknal. Dit scenario is eerder overwogen en staat bekend als een verjongd universum.
Als de Big Rip het ware scenario is van het einde van het universum, zal het eenvoudig alle materie uit elkaar scheuren en zal het universum erg leeg zijn, maar met een enorme hoeveelheid energie die inherent is aan de ruimte zelf. Als de energie erg groot is, is het mogelijk dat het weefsel van de ruimte breekt - maar dit is een heel ander scenario.
Ilya Khel
