5 levenscycli van het heelal: in welke fase leven we?

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Elk levend wezen op onze planeet wordt geboren, rijpt, wordt ouder en sterft uiteindelijk. Al deze wetten gelden ook buiten de aarde - sterren, zonnestelsels en sterrenstelsels gaan ook na verloop van tijd verloren.

Het verschil bestaat alleen in de tijd - wat voor jou en mij een eeuwigheid lijkt, naar de maatstaven van het universum, is complete onzin. Maar hoe zit het met het universum zelf? Zoals je weet, werd ze geboren na de oerknal 13, 8 miljard jaar geleden, maar wat gebeurt er nu met haar? Wat is de levenscyclus van het heelal zelf en waarom onderscheiden onderzoekers vijf stadia van zijn ontwikkeling?

Vijf eeuwen van het heelal

Astronomen geloven dat vijf evolutiestadia een handige manier zijn om de ongelooflijk lange levensduur van het universum weer te geven. Mee eens, in een tijd waarin we slechts 5% van het zichtbare heelal kennen (de resterende 95% wordt ingenomen door mysterieuze donkere materie, waarvan het bestaan nog moet worden bewezen), is het nogal moeilijk om de evolutie ervan te beoordelen. Niettemin proberen onderzoekers het verleden en heden van het heelal te begrijpen door de prestaties van de wetenschap en het menselijk denken van de afgelopen twee eeuwen te combineren.

Als je het geluk hebt om jezelf onder een heldere hemel op een donkere plek op een maanloze nacht te vinden, dan wacht je als je omhoog kijkt een prachtig ruimtelandschap op je. Met een gewone verrekijker zie je een verbijsterende skyline van sterren en lichtvlekken die elkaar overlappen. Het licht van deze sterren bereikt onze planeet en overbrugt enorme kosmische afstanden en baant zich een weg naar onze ogen door de ruimte-tijd. Dit is het universum van het kosmologische tijdperk waarin we leven. Het wordt het sterrentijdperk genoemd, maar er zijn er nog vier.

Er zijn veel manieren om het verleden, het heden en de toekomst van het universum te bekijken en te bespreken, maar een ervan heeft meer de aandacht van astronomen getrokken dan andere. Het eerste boek over vijf eeuwen van het heelal werd in 1999 gepubliceerd, getiteld 'Vijf tijdperken van het heelal: binnen de fysica van de eeuwigheid'. (laatst bijgewerkt in 2013). De auteurs van het boek, Fred Adams en Gregory Laughlin, gaven elk van de vijf eeuwen een titel:

• primitief tijdperk
• sterrentijdperk
• degeneratieve tijdperk
• Tijdperk van zwarte gaten
• Donker tijdperk

Opgemerkt moet worden dat niet alle wetenschappers aanhangers zijn van deze theorie. Desalniettemin vinden veel astronomen de indeling in vijf stappen een handige manier om zo'n ongewoon grote hoeveelheid tijd te bespreken.

primitief tijdperk

Het primitieve tijdperk van het universum begon een seconde na de oerknal. Tijdens de eerste, zeer korte tijdsperiode, bestonden ruimte-tijd en de wetten van de fysica, zoals de onderzoekers denken, nog niet. Dit vreemde, onbegrijpelijke interval wordt het Planck-tijdperk genoemd, er wordt aangenomen dat het 1044 seconden duurde. Het is ook belangrijk om er rekening mee te houden dat veel van de veronderstellingen over het Planck-tijdperk gebaseerd zijn op een hybride van algemene relativiteitstheorie en kwantumtheorieën, de theorie van kwantumzwaartekracht.

In de eerste seconde na de oerknal begon de inflatie - een ongelooflijk snelle uitdijing van het heelal. Na een paar minuten begon het plasma af te koelen en begonnen zich subatomaire deeltjes te vormen en aan elkaar te kleven. 20 minuten na de oerknal - in een superheet, thermonucleair universum - begonnen zich atomen te vormen. De koeling ging in hoog tempo door totdat 75% waterstof en 25% helium in het universum achterbleven, wat vergelijkbaar is met wat er tegenwoordig op de zon gebeurt. Ongeveer 380.000 jaar na de oerknal is het heelal voldoende afgekoeld om de eerste stabiele atomen te vormen en een kosmische microgolfachtergrondstraling te creëren, die astronomen de kosmische microgolfachtergrondstraling noemen.

sterrentijdperk

Jij en ik leven in een sterrentijdperk - op dit moment neemt de meeste materie in het heelal de vorm aan van sterren en sterrenstelsels. De eerste sterren in het universum - we hebben je onlangs over de ontdekking ervan verteld - waren enorm en eindigden hun leven in de vorm van supernova's, wat leidde tot de vorming van vele andere, kleinere sterren. Gedreven door de zwaartekracht naderden ze elkaar om sterrenstelsels te vormen.

Een van de axioma's van het sterrentijdperk is dat hoe groter de ster, hoe sneller hij zijn energie verbrandt en dan sterft, meestal in slechts een paar miljoen jaar. Kleinere sterren die langzamer energie verbruiken, blijven langer actief. Wetenschappers voorspellen dat bijvoorbeeld ons Melkwegstelsel in ongeveer 4 miljard jaar zal botsen en samensmelten met het naburige Andromeda-stelsel om een nieuw sterrenstelsel te vormen. Overigens kan ons zonnestelsel deze samensmelting overleven, maar het is mogelijk dat de zon veel eerder sterft.

Het tijdperk van degeneratie

Dit wordt gevolgd door het tijdperk van degeneratie (degeneratie), dat ongeveer 1 triljoen jaar na de oerknal zal beginnen en tot 1 duodeciljoen daarna zal duren. Gedurende deze periode zullen alle overblijfselen van sterren die vandaag zichtbaar zijn het heelal domineren. In feite is de ruimte vol met zwakke lichtbronnen: witte dwergen, bruine dwergen en neutronensterren. Deze sterren zijn veel kouder en stralen minder licht uit. In het tijdperk van degeneratie zal het universum dus verstoken zijn van licht in het zichtbare spectrum.

Tijdens dit tijdperk zullen kleine bruine dwergen het grootste deel van de beschikbare waterstof vasthouden, en zwarte gaten zullen groeien, groeien en groeien, zich voedend met de overblijfselen van sterren. Als er niet genoeg waterstof in de buurt is, zal het heelal na verloop van tijd zwakker en kouder worden. Dan zullen de protonen die vanaf het allereerste begin van het heelal hebben bestaan, beginnen af te sterven en materie op te lossen. Als gevolg hiervan zullen de meeste subatomaire deeltjes, Hawking-straling en zwarte gaten in het heelal blijven.

Hawking-straling is een hypothetisch emissieproces door een zwart gat van verschillende elementaire deeltjes, voornamelijk fotonen; vernoemd naar de Britse theoretisch natuurkundige Stephen Hawking.

Het tijdperk van zwarte gaten

Gedurende een aanzienlijke periode zullen zwarte gaten het universum domineren en de overblijfselen van massa en energie aantrekken. Ze zullen echter uiteindelijk verdampen, zij het heel langzaam.

De auteurs van het boek geloven, volgens Big Think, dat wanneer de zwarte gaten uiteindelijk verdampen, er een kleine lichtflits zal zijn - de enige overgebleven energie in het universum. Op dit punt zal het universum bijna geschiedenis zijn, met alleen laagenergetische, zeer zwakke subatomaire deeltjes en fotonen.

Donker tijdperk

Uiteindelijk zullen elektronen en positronen die door de ruimte drijven met elkaar in botsing komen, waarbij soms proitroniumatomen worden gevormd. Deze structuren zijn onstabiel, maar hun samenstellende deeltjes zullen uiteindelijk worden vernietigd. Verdere vernietiging van andere laagenergetische deeltjes zal doorgaan, zij het zeer langzaam. Maar kijk vanavond naar de nachtelijke hemel vol sterren en maak je nergens zorgen over - ze zullen voor een hele lange tijd nergens heen gaan, en ons begrip van het universum en de tijd kan in de toekomst veranderen.