Categorieën
Blog

Dit is de manier waarop het universum eindigt: niet met een gejammer, maar met een knal

Een artistieke impressie van een zwarte dwerg, een afgekoeld stellair overblijfsel dat zich in triljoenen jaren zou kunnen vormen MARK GARLICK / SCIENCE SOURCE

In de onvoorstelbaar verre toekomst zullen koude stellaire overblijfselen, bekend als zwarte dwergen, beginnen te exploderen in een spectaculaire reeks supernovae, die het laatste vuurwerk aller tijden opleveren. Dat is de conclusie van een nieuwe studie, die stelt dat het universum nog een laatste hoera zal meemaken voordat alles voor altijd donker wordt.

Astronomen hebben lang nagedacht over het uiteindelijke einde van de kosmos. De bekende natuurkundige wetten suggereren dat over ongeveer 10100 (de nr. 1 gevolgd door 100 nullen) jaar de geboorte van sterren zal ophouden, sterrenstelsels donker zullen worden en zelfs zwarte gaten zullen verdampen door een proces dat bekend staat als Hawking-straling, waardoor er weinig meer dan simpele subatomaire deeltjes en energie. De uitbreiding van de ruimte zal die energie afkoelen tot bijna 0 kelvin, of het absolute nulpunt, wat de warmtedood van het universum en totale entropie aangeeft.

Maar terwijl hij dit voorjaar een les astrofysica gaf, realiseerde theoretisch natuurkundige Matt Caplan van de Illinois State University zich dat het lot van een laatste groep entiteiten nooit was verklaard. Nadat ze hun thermonucleaire brandstof hebben uitgeput, schieten sterren met een lage massa zoals de zon niet weg in dramatische supernovae; in plaats daarvan werpen ze langzaam hun buitenste lagen af en laten een brandende kern ter grootte van de aarde achter die bekend staat als een witte dwerg.

Het zijn in wezen pannen die van het fornuis zijn gehaald ”, zegt Caplan. “Ze zullen in feite voor altijd cool en cool en cool worden.”

Het verpletterende zwaartekrachtgewicht van witte dwergen wordt gecompenseerd door een kracht die elektron-degeneratiedruk wordt genoemd. Knijp elektronen samen, en de wetten van de kwantummechanica voorkomen dat ze dezelfde toestand innemen, waardoor ze terug kunnen duwen en de massa van het overblijfsel kunnen vasthouden.

De deeltjes in een witte dwerg blijven opgesloten in een kristallijn rooster dat triljoenen jaren lang warmte uitstraalt, veel langer dan de huidige leeftijd van het universum. Maar uiteindelijk koelen deze relikwieën af en worden ze een zwarte dwerg.

Omdat zwarte dwergen geen energie hebben om kernreacties op gang te brengen, gebeurt er weinig in hen. Fusie vereist geladen atoomkernen om een ​​krachtige elektrostatische afstoting te overwinnen en samen te smelten. Toch laat de kwantummechanica gedurende lange perioden toe dat deeltjes door energetische barrières kunnen tunnelen, wat betekent dat fusie nog steeds kan plaatsvinden, zij het met extreem lage snelheden.

Wanneer atomen zoals silicium en nikkel samensmelten met ijzer, produceren ze positronen, het antideeltje van een elektron. Deze positronen zouden ooit zo langzaam enkele elektronen in het centrum van een zwarte dwerg vernietigen en de degeneratiedruk verzwakken. Voor sterren tussen ruwweg 1,2 en 1,4 keer de massa van de zon – ongeveer 1% van alle sterren in het universum vandaag – zou deze verzwakking uiteindelijk resulteren in een catastrofale gravitationele ineenstorting die een kolossale explosie veroorzaakt die lijkt op de supernovae van sterren met een hogere massa, meldt Caplan dit. maand in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Caplan zegt dat de dramatische ontploffingen ongeveer 101100 jaar vanaf nu zullen plaatsvinden, een aantal dat het menselijk brein nauwelijks kan bevatten. Het toch al ondoorgrondelijke getal 10100 staat bekend als een googol, dus 101100 zou een googol googol googol googol googol googol googol googol googol googol googol jaren zijn. De explosies zouden doorgaan tot 1032000 jaar vanaf nu, waarvoor het grootste deel van een tijdschriftpagina nodig zou zijn om op een vergelijkbare manier weer te geven.

Een tijdreiziger die hoopt getuige te zijn van deze laatste kosmische vertoning, zou teleurgesteld zijn. Aan het begin van dit tijdperk zal de mysterieuze substantie die werkt tegen de zwaartekracht, donkere energie genaamd, alles in het universum zo uit elkaar hebben gedreven dat elke individuele zwarte dwerg omgeven zou zijn door enorme duisternis: de supernovae zouden zelfs voor elkaar niet waarneembaar zijn.

Caplan heeft zelfs aangetoond dat de straal van het waarneembare heelal tegen die tijd met ongeveer e10 ^ 1100 zal zijn gegroeid (waarbij “e” ongeveer 2,72 is), een getal dat enorm veel groter is dan de bovenstaande. “Dit is het grootste aantal waar ik ooit serieus mee zal moeten werken in mijn carrière”, zegt hij.

Gregory Laughlin, een astrofysicus aan de Yale University, prijst het onderzoek als een leuk gedachte-experiment. De waarde van het nadenken over deze verbijsterende tijdschalen is dat ze wetenschappers in staat stellen om fysieke processen te overwegen die in het huidige tijdperk niet genoeg tijd hebben gehad om zich te ontvouwen, zegt hij.

Toch: “Ik denk dat het belangrijk is om te benadrukken dat elk onderzoek in de verre toekomst noodzakelijkerwijs ironisch is”, zegt Laughlin. “Onze kijk op de extreem verre toekomst is een weerspiegeling van ons huidige inzicht, en die visie zal van jaar tot jaar veranderen.”

Sommige van de grote verenigde natuurkundige theorieën suggereren bijvoorbeeld dat het proton uiteindelijk zal vervallen. Dit zou Caplans zwarte dwergen oplossen lang voordat ze zouden ontploffen. En sommige kosmologische modellen hebben de hypothese dat het universum in zichzelf weer in elkaar zou kunnen storten in een groot knelpunt, waardoor de laatste lichtshow onmogelijk wordt.

Caplan kijkt zelf graag in de verre toekomst. “Ik denk dat ons besef van onze eigen sterfelijkheid beslist enige fascinatie voor het einde van het universum motiveert”, zegt hij. “Je kunt jezelf altijd geruststellen als er iets misgaat, dat het er niet toe doet als de entropie eenmaal is gemaximaliseerd.”


Een artikel van Adam Mann


Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

Deze site gebruikt Akismet om spam te bestrijden. Ontdek hoe de data van je reactie verwerkt wordt.