Het einde komt eerder: wetenschappers hebben de 'sterfdatum' van het heelal aangepast

De leeftijd van het heelal wordt momenteel geschat op 13,8 miljard jaar. Het duurt dus nog maar 19 miljard jaar voordat het allemaal eindigt in wat wetenschappers de Big Crunch noemen.

Terwijl het heelal sinds de oerknal, de krachtige explosie waarvan men denkt dat die het ontstaan van alles wat bestaat in toenemende mate uitdijt, zal de Big Crunch juist het tegenovergestelde laten gebeuren: alle materie zal ineenstorten tot één enkel energiepunt, zo meldt de Daily Mail.

Onderzoekers van Cornell University in New York en Shanghai Jiao Tong University in China hebben een nieuw kosmisch model ontwikkeld dat suggereert dat donkere energie, de kracht die de uitdijing van het heelal zou aandrijven, in de loop van de tijd zal verzwakken en plaats zal maken voor zwaartekracht.

Wetenschappers proberen nog steeds te bewijzen dat donkere energie daadwerkelijk bestaat, maar ze geloven dat het werkt als een afstotende kracht die de neiging van de zwaartekracht om alles samen te trekken tegenwerkt. Als donkere energie over 33,3 miljard jaar volledig zou verdwijnen, zoals de nieuwe studie suggereert, zou de zwaartekracht van alle sterren, sterrenstelsels en zwarte gaten er in feite voor zorgen dat het universum onder zijn eigen gewicht instort.

Dit bijgewerkte model van het heelal biedt nu een veel kortere tijdschaal voor ons bestaan, terwijl eerdere theorieën suggereerden dat ons bestaan zonder enige beperking kon voortduren.

Chelsea Gode van NASA legde in een verklaring uit: "Wat is donkere energie precies? Het korte antwoord is: we weten het niet. Maar we weten wel dat het bestaat, dat het ervoor zorgt dat het heelal steeds sneller uitdijt, en dat ergens tussen de 68,3 en 70 procent van het heelal uit donkere energie bestaat."

In het nieuwe onderzoek richtten de wetenschappers zich op de rol van donkere energie in dit proces. Ze gebruikten een model genaamd axion Dark Energy (aDE) om recente gegevens te interpreteren, waaruit bleek dat donkere energie zich anders gedraagt dan eerder werd gedacht.

Wetenschappers geloofden dat donkere energie een kosmologische constante was, een vaste, onveranderlijke energiedichtheid die de uitdijing van het heelal oneindig versnelde.

Een voorbeeld hiervan is een recent onderzoek uit 2020 in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics, dat concludeerde dat de donkere energie van het heelal een positieve kosmologische constante heeft. Dit betekent dat de waarde ervan nooit daalt en dat het heelal daardoor kan blijven groeien.

Het nieuwe aDE-model ontdekte echter dat donkere energie mogelijk een negatieve kosmologische constante heeft van ongeveer -1,61. Dit suggereert dat het heelal uiteindelijk een maximale omvang kan bereiken en vervolgens in een Big Crunch kan ineenstorten.

"De leeftijd van ons heelal is fundamenteel voor de kosmologie. Sinds de oerknaltheorie ontstond, weten we dat deze eindig is", schreven de onderzoekers op de pre-printserver Arxiv.

"Door de best passende modelwaarden als leidraad te gebruiken, concluderen we dat de levensduur van ons heelal 33 miljard jaar bedraagt", voegen ze toe in een onderzoek dat is ingediend voor publicatie in het Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

De onderzoekers analyseerden de nieuwste gegevens van de Dark Energy Survey (DES) en het Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), die bestudeerden hoe snel het heelal uitdijt aan de hand van verschijnselen zoals exploderende sterren (supernovae) en de verdeling van sterrenstelsels.

Volgens de Daily Mail suggereren de bevindingen dat donkere energie mogelijk niet zo stabiel is als eerdere onderzoeken suggereerden.

De auteurs van het onderzoek maakten gebruik van het aDE-model, dat een kosmologische constante (een waarde die bepaalt of het heelal uitdijt of krimpt) en een ultralicht deeltje, een zogenaamd axion, omvat.

Door dit model op de data toe te passen, berekenden ze belangrijke waarden zoals de kosmologische constante en de toestandsvergelijking (een maatstaf voor hoe donkere energie zich gedraagt). De wetenschappers gebruikten deze waarden vervolgens om de toekomst van het heelal te voorspellen en te berekenen wanneer het zou kunnen stoppen met uitdijen en ineenstorten.

In tegenstelling tot standaardmodellen, die ervan uitgingen dat de donkere energie constant is, staat dit model toe dat de donkere energie in de loop van de tijd afneemt naarmate het axionveld evolueert.

Het axionveld is als een onzichtbare, superluminale energiegolf die zich door het heelal verspreidt als rimpelingen op een vijver, maar overal in de ruimte bestaat. Ervan uitgaande dat donkere energie zo flexibel is, blijkt dat deze afstotende kracht een negatieve "optimale waarde" kan hebben, wat betekent dat deze zal verdwijnen naarmate er meer tijd verstrijkt sinds de oerknal.

Er zijn nog veel onbekenden over het einde van het heelal zoals wij dat kennen. Zo weten wetenschappers nog steeds niet eens wat donkere energie eigenlijk is.

NASA heeft vier theorieën over deze onzichtbare kracht naar voren gebracht, die het einde der tijden mogelijk tegenhoudt.

Eén theorie stelt dat het vacuümenergie is, een constante achtergrondenergie in de ruimte die verband houdt met de kosmologische constante van Albert Einstein. Deze theorie zorgt ervoor dat het heelal sneller uitdijt, maar het is een raadsel voor moderne wetenschappers omdat de voorspelde sterkte ervan niet overeenkomt met nieuwe waarnemingen.

Donkere energie zou een veranderend energieveld of vloeistof kunnen zijn, ook wel 'kwintessentie' genoemd, dat de ruimte vult en precies het tegenovergestelde effect heeft van gewone materie. Het verandert in de loop van de tijd en de ruimte, waardoor de uitdijing van het heelal versnelt.

NASA opperde ook dat donkere energie zou kunnen ontstaan door defecten in de structuur van het heelal, zoals hypothetische eendimensionale 'plooien' genaamd kosmische snaren die ontstonden toen het heelal nog jong was en die de ruimte naar buiten duwen.

De onderzoekers vermoeden echter dat dit verklaard kan worden door een fout in Einsteins zwaartekrachttheorie. Deze theorie stelt dat de uitdijing van het heelal helemaal niet afhankelijk is van donkere energie.