Hoe komt het heelal aan zijn einde?

Tot een kleine eeuw geleden was het antwoord eenvoudig: het heelal heeft altijd bestaan ​​en zal er altijd blijven. Dat was een algemeen aanvaarde gedachte.

Dat begon rond 1910 te veranderen met de publicatie van de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein. De eerste modellen ontwikkeld op basis van Einsteins vergelijkingen toonden aan dat het heelal niet statisch en onveranderlijk hoeft te zijn, maar dat het kan evolueren.

Rond 1920 ontwikkelde de Belgische priester en astronoom Georges Lemaître het concept van de Oerknal. In combinatie met de waarnemingen van Edwin Hubble van een uitdijend heelal, kwamen astronomen op het idee dat als het heelal een ​​begin heeft, het ook een einde zou kunnen hebben.

Pas in de jaren 60 van de vorige eeuw werd er voor het eerst een ontdekking gedaan dat de oerknaltheorie ondersteunde. De twee ontdekkingen waren de ontdekking van de kosmische microgolfachtergrondstraling door radioastronomen Arno Penzias en Robert Wilson en het besef dat actieve sterrenstelsels bij voorkeur bestonden in het verre heelal. Dat betekende dat ze bestonden toen de kosmos veel jonger was dan nu en dat het heelal dus evolueert.

In de jaren tachtig van de vorige eeuw waren de meeste astronomen ervan overtuigd dat het heelal met een knal begon, maar ze hadden weinig idee hoe het zou eindigen. Er waren in principe drie scenario’s, allemaal afhankelijk van de hoeveelheid materie dat het heelal zou bevatten. Als de kosmos minder dan een bepaalde kritische dichtheid had, was het heelal “open” en zou het voor altijd blijven uitbreiden. Als de dichtheid boven de kritieke waarde zou zijn, was het heelal “gesloten” en zou de expansie uiteindelijk stoppen en vervolgens omkeren, wat leidde tot een “Big Crunch”. En tot slot: als het universum de kritieke dichtheid zou hebben, was het “vlak” en zou de expansie voor altijd doorgaan, maar de snelheid zou uiteindelijk tot nul vertragen.

Observaties gaven de meeste aanwijzingen voor een open universum. Maar astronomen vonden maar 1% van de materie die nodig was om expansie te kunnen stoppen. Ze wisten toen nog niet dat donkere materie bestond. Zou dat voldoende zijn om de uitbreiding te stoppen? Niemand wist het.

In de jaren 1980 waren er nieuwe ontwikkelingen toen Alan Guth zijn inflatiehypothese publiceerde. Deze theorie zegt dat een korte periode van hyperexpansie in de eerste seconde van het universum ervoor heeft gezorgd dat het universum vlak is. Deze theorie werd maar wat graag door de wetenschap geaccepteerd, omdat het diverse vragen in de oerknaltheorie oploste en omdat het ook een toegankelijke theorie is.

Maar de meest opmerkelijke ontwikkeling was in de late jaren 1990. Astronomen die de Hubble Space Telescope en verschillende grote grondinstrumenten gebruikten, bestudeerden tientallen verre supernovae van het type Ia, zogenaamde standaardkaarsen. Dit type supernova ontstaat wanneer een witte dwerg in een binair systeem voldoende materie uit zijn begeleidende ster haalt om hem boven 1,4 zonnemassa’s te brengen. Er ontstaat dan een aflopende nucleaire kettingreactie die de ster laat exploderen.

Doordat al deze exploderende witte dwergen dezelfde massa hebben, hebben ze allemaal dezelfde geschatte piekhelderheid. Men kon vrij eenvoudig meten hoe helder het type Ia supernova is en op basis daarvan kon de afstand worden berekend. En dat is precies wat het Supernova Cosmology Project onder leiding van astronoom Saul Perlmutter en het High-Z Supernova Search Team, geleid door Brian Schmidt deden. Beide onderzoeksteams ontdekten dat de verste supernovae zwakker waren dan wat ze op basis van hun afstanden zouden moeten zijn. De enige manier waarop dit te verklaren is, is dat de uitdijing van het universum versnelt. Zwaartekracht werkt de uitbreiding tegen en deed dit vele miljarden jaren met succes. Maar nu lijkt het erop dat we een tijdperk zijn ingegaan waarin de zwaartekracht niet opgewassen is tegen de mysterieuze kracht die de expansie veroorzaakt.

Deze onzichtbare kracht wordt donkere energie genoemd. Deze energie – die 68 procent van de massa-energie-inhoud van de kosmos uitmaakt – zal waarschijnlijk leiden tot een oneindige expansie (hoewel sommige kosmologen zeggen dat de kracht niet eeuwig hoeft te duren.) Als het blijft werken zoals het nu werkt, zal er een “Big Rip” plaatvinden. Als dit niet het geval is, kan een “Big Crunch” nog steeds een aannemelijke optie zijn.