En minstens zo interessant: wanneer gaat het gebeuren?

Eind juni vroegen we onze lezers of ze hun prangende vragen over het heelal met ons wilden delen. En dat hebben we geweten! Er werden talloze vragen ingestuurd. De leukste hebben we eruit gepikt en gaan we de komende weken behandelen. Vandaag deel 1: hoe komt het universum aan zijn einde en hoelang gaat het universum nog mee?

Het antwoord op deze prangende vragen is misschien wel een tikje teleurstellend. Er is namelijk niemand die weet hoe het einde van het universum eruit gaat zien en/of hoelang het universum nog meegaat. En dus zijn we veroordeeld tot (voor zover mogelijk wetenschappelijk onderbouwde) speculatie. Het goede nieuws is echter dat wetenschappers niet terugdeinzen voor een beetje speculeren en de afgelopen jaren verschillende theorieën over het einde van het universum hebben ontwikkeld én deze tevens van klinkende namen hebben voorzien, zoals Big Rip of Big Freeze. Eén ding hebben al die theorieën gemeen: ze schetsen een vrij grimmige (verre) toekomst voor ons geliefde universum.

Het begin
Laten we – om het einde te begrijpen – beginnen bij het begin: de oerknal, waarmee alles zo’n 13,7 miljard jaar geleden begon. Vrijwel direct na de oerknal was er sprake van een exponentiële uitdijing van het heelal. In zeer korte tijd werd het heelal zeker quintiljoenen keren groter. In de periode daarna vertraagde de uitdijing, om vervolgens weer te versnellen. En nog altijd dijt het heelal versneld uit. De drijvende kracht achter die versnelde uitdijing is een mysterie en wordt voor het gemak aangeduid als donkere energie. Hoewel deze donkere energie waarschijnlijk overvloedig aanwezig is – het universum zou er voor zo’n 70% uit bestaan – is nog altijd onbekend wat donkere energie nu precies is en welke eigenschappen het heeft. Het maakt het vanzelfsprekend ook heel lastig om uitspraken te doen over de toekomst van het universum: zal het versneld blijven uitdijen? Of gaat de uitdijing op termijn langzamer? Of stopt de uitdijing op een gegeven moment zelfs? We weten het niet. En dus kunnen we ook niet met zekerheid zeggen hoe het universum zich verder zal ontwikkelen én hoe het uiteindelijk aan zijn einde komt. Het enige wat we kunnen doen, is verschillende scenario’s uiteenzetten. En dat hebben onderzoekers gedaan. De scenario’s zijn grofweg in twee groepen in te delen: scenario’s waarin de versnelde uitdijing doorzet (Big Freeze en Big Rip) en scenario’s waarin de uitdijing stopt (Big Crunch).

De Big Rip
Het universum dijt dus versneld uit en dat is te wijten aan donkere energie. Deze mysterieuze kracht zorgt ervoor dat afstanden tussen objecten in het universum – denk bijvoorbeeld aan sterrenstelsels – toeneemt. Maar donkere energie heeft niet overal vrij spel. Zo stuit deze in sterrenstelsels bijvoorbeeld op een geduchte tegenstander in de vorm van zwaartekracht. In tegenstelling tot donkere energie – dat alles uiteen wil jagen – wil die zwaartekracht juist alles bij elkaar houden. Die krachten zijn op dit moment aan elkaar gewaagd. Maar dat kan veranderen als donkere energie geen constante kracht is, maar op termijn nog sterker wordt. In dat scenario zal de donkere energie de zwaartekracht de baas worden. Het resultaat? De zwaartekracht slaagt er niet langer in om sterrenstelsels bijeen te houden. En dat is nog maar het begin. Uiteindelijk zal donkere energie ook kleinere systemen – zonnestelsels, planeten, sterren en zelfs atomen – uit elkaar trekken. Het individualisme viert vanaf dan hoogtij; het universum is nog altijd rijkelijk gevuld met deeltjes, maar zij kunnen doordat donkere energie ze uiteenjaagt, onmogelijk nog bij elkaar komen. En daarmee kan er niets nieuws ontstaan. Het is het einde van het universum. Doodsoorzaak: de Big Rip.

Een zwart gat. Afbeelding: 12019 / Pixabay.

Big Freeze
Dit scenario is misschien nog wel treuriger dan dat van de Big Rip. Wat gebeurt er precies? De uitdijing gaat eeuwig door en de afstand tussen sterrenstelsels en sterren wordt steeds groter en het universum koelt af. Als je dit vanaf de aarde zou kunnen aanschouwen, zou je zien hoe de ene na de andere ster van de nachthemel verdwijnt. Die uit elkaar gedreven sterren hebben het eeuwige leven niet; ze doven uit en hun planeten zijn levenloze, bevroren werelden zonder noemenswaardig uitzicht geworden. De planeten verdwijnen vervolgens ook; protonen raken in verval en alle materie in het universum wordt daardoor omgezet in straling. Het kost ook stellaire restanten, zoals bijvoorbeeld witte dwergen, de kop. In dat stadium is er eigenlijk nog maar één noemenswaardig type object in het universum te vinden: het zwarte gat. Maar ook die zwarte gaten zijn gedoemd om te verdwijnen. Ze verdampen. En het nog altijd uitdijende universum is vanaf dat moment uniform gevuld met straling en enkele deeltjes, zoals neutrino’s en positronen. Hoewel het universum in theorie nog voldoende energie heeft om wat te bewerkstelligen, gebeurt er niets meer, doordat deze zodanig over het groeiende universum is uitgesmeerd dat deze onbruikbaar is geworden. Het resultaat is een koud en doods universum.

De Big Crunch. Afbeelding: Ævar Arnfjörð Bjarmason (via Wikimedia Commons).

Big Crunch
In voorgaande scenario’s zijn we steeds uitgegaan van een voortdurende uitdijing van het heelal. Maar er is nog een andere mogelijkheid. Zo kan de uitdijing ook vrij abrupt stoppen. Zoals eerder gezegd bindt donkere energie de strijd aan met de zwaartekracht. Als donkere energie krachtiger wordt, kan dat resulteren in een Big Rip. Als donkere energie net zo krachtig blijft als deze nu is, kan dat resulteren in een Big Freeze. Maar wat nu als donkere energie door de tijd heen juist minder krachtig wordt? Dan kan het zomaar zijn dat de zwaartekracht het van donkere energie gaat winnen en de uitdijing van het universum vertraagt en uiteindelijk tot stilstand komt. Dat is het uitgangspunt van de Big Crunch-theorie. In dit scenario komt de uitdijing stil te liggen en zorgt de zwaartekracht er zelfs voor dat het universum weer gaat krimpen. Sterrenstelsels worden niet uit elkaar gejaagd, maar trekken elkaar aan en fuseren. Het universum wordt kleiner en kleiner en steeds warmer. Uiteindelijk stort alle materie in zwarte gaten ineen, die vervolgens fuseren tot één gigantisch zwart gat of Big Crunch-singulariteit (een singulariteit is een punt met een bijna oneindig grote dichtheid). Je kunt dit scenario het beste zien als een soort omgekeerde oerknal.

Big Bounce
Ons heelal zou zijn ontstaan uit een punt met een bijna oneindig grote dichtheid: een singulariteit. En de Big Crunch eindigt in een singulariteit. Geen wonder dat sommige onderzoekers denken dat de Big Crunch weer gevolgd kan worden door een oerknal. Het zou een soort cyclus zijn: oerknal – Big Crunch – oerknal, etc. Die theorie wordt ook wel aangeduid als Big Bounce‘.

Tijdslijn
Het zijn nogal heftige scenario’s. Maar je hoeft er niet van wakker te liggen. Het einde van het universum is in bovenstaande scenario’s namelijk nog ver weg. Neem de Big Freeze – volgens velen het meest aannemelijke scenario – die zou ons pas over 1^200 jaar te wachten staan. En de Big Rip zou nog 22 miljard jaar op zich laten wachten. Het zou betekenen dat aardbewoners het niet mee gaan maken; onze planeet is naar schatting over een paar miljard jaar al onleefbaar doordat onze moederster er de brui aangeeft.

Het is al met al niet het meest opgewekte verhaal. Maar goed, jullie vroegen ernaar! 😉