Site pictogram Astroblogs

Donkere energie

Wat is donkere energie? Credit: NASA / JPL-Caltech

Credit: NASA

De laatste eeuwen zijn al de nodige heilige huisjes omver geworpen. Dachten we eerst dat de Aarde het middelpunt van het heelal was, sinds Copernicus weten we wel beter. Toen dachten we dat we als mens het centrum van het heelal waren, ooit door God op Aarde neergezet om als een soort tuinier de boel te runnen. Darwin liet met z’n natuurlijke selectie zien dat ook dat beeld ernstig aan revisie toe was. Vervolgens hadden we lange tijd het idee dat ons zonnestelsel toch wel een voorname plek in het heelal moest hebben, maar dat idee werd door de waarnemingen van de sterrenkundigen Slipher en Hubble de grond in geboord. En tenslotte het idee dat het gehele heelal opgebouwd moet zijn uit materie waar wij ook uit bestaan. In ons lichaam zitten protonen, neutronen en vast nog een heleboel andere interessante elementaire deeltjes en uit dat soort bouwstenen (van licht tot zwaar, van waterstof tot ijzer) bestaat het heelal. Fout! Ook dat heilige huisje is gevallen. Sinds de waarnemingen van de satelliet WMAP weten we dat slechts 4% van  het heelal uit gewone (baryonische) materie bestaat [1]die baryonische materie bestaat op haar beurt weer voor 75% uit waterstof, 24% uit helium en 1% uit zwaardere elementen. 21% schijnt te bestaan uit donkere materie en maar liefst 75% van het heelal, driekwart van alles, bestaat uit donkere energie. Ik heb het over deze geheimzinnige goedjes regelmatig op dit astropodium gehad (zie de categorie donkere materie/energie, alwaar tien astroblogs over het onderwerp met de nodige info te vinden zijn). De laatste tijd heb ik elders wat berichten gelezen over actuele ontwikkelingen rondom donkere energie. Geen waarnemingen van satelliet x of y, maar puur theoretisch denkwerk. Zoals ik eerder al heb verteld denken de meeste natuurkundigen dat de donkere energie in feite de energie van het vacuüm is, de zogenaamde nulpuntsenergie.

Het was in feite Albert Einstein die met z’n Kosmologische Konstante Λ (lambda) de eerste was die dit opperde. De energiedichtheid van het vacuüm, zo’n 10-29 gr/cm3 is constant (zie de horizontale lijn in de grafiek hiernaast). Die dichtheid had het vacuüm dertien miljard jaar geleden, die dichtheid heeft het nu en die zal het altijd houden. Tenminste, volgens de vacuüm-interpretatie van de donkere energie. Probleem wat je dan wel hebt is dat de theoretische waarden een factor 120 afwijken van de waargenomen waarden.  Donkere energie geeft een druk naar buiten en veroorzaakt daarom een expansie van het heelal. Die versnelde expansie van het heelal is in 1998 met behulp van supernovae waargenomen. Dat levert een heelal op dat maar doorgaat en doorgaat met uitdijen tot alles is opgebrand, uitgedoofd, in zwarte gaten gestopt en als die laatsten ook volgens de Hawkingverdamping zijn geëxplodeerd blijft er werkelijk alleen een koud heelal over, met losse koude deeltjes gevuld. The Big Chill, zoals ze dat in Amerika noemen.  De koudedood van het heelal noemen wij het. Niet een vrolijk vooruitzicht [2]ik heb op zolder nog een boek liggen van Paul Davies uit 1994, getiteld De laatste drie minuten. Daarin wordt uitvoerig over dat einde van het heelal geschreven. In dat boek zat ook nog een artikel … Lees verder. Tenzij donkere energie ná­et constant in energiedichtheid is. En dan komt de theorie van de Quintessentie om de hoek kijken. Het voert te ver om hier de verschillende ideeën te vertellen over quintessentie [3]lees: ik heb effe geen zin om mij daar op dit moment in te verdiepen, maar het komt er op neer dat deze donkere energievorm dynamisch van karakter is, in tegenstelling tot de Kosmologische Konstante, en dat de eeuwige versnelling van de uitdijing van het heelal geen absoluut gegeven is. Eén variant van de quintessentie-theorie is die van de fantoom-donkere energie. Nee, eerlijk ik verzin het niet zelf, het zijn termen die door bloedjeserieuze natuurkundigen worden gebezigd. Fantoom-donkere energie neemt in dichtheid toe met de tijd en daarmee zorgt hij met z’n negatieve druk (tegengesteld aan de zwaartekracht) voor een steeds sneller uitdijend heelal. In dat heelal zal niet alleen de ruimte tussen sterrenstelsels groter worden, maar ook de sterrenstelsels, de sterren en planeten en zelfs atomen en kernen uit elkaar vallen. Sterker nog, op een nogal destructieve wijze zal het heelal aan z’n einde komen. Geen rustige koudedood, maar een geweldadig uiteenvallen van de materie in het heelal, een Big Rip zoals ze het in het Engels noemen.

Credit: NASA / CXC / M.Weiss

Uitgaande van schattingen van de hoeveelheid fantoom-energie zijn er zelfs scenario’s berekend hoe snel alles uiteen zal vallen: Zo’n 60 miljoen jaar voor het einde wordt het Melkwegstelsel uit elkaar getrokken, zo’n 3 maanden voor het einde is het zonnestelsel hetzelfde lot beschoren. De Aarde valt zo’n 30 minuten voor het einde uiteen en uiteindelijk vallen alle atomen uit elkaar, ongeveer 10-19 seconden voor het einde [4]waarin geen rekening is gehouden met de zekerheid, dat de Aarde al voor het einde van het heelal zal zijn vernietigd door de uitdijende Zon aan het einde van haar leven, over ongeveer 5 miljard jaar.. De huidige gegevens laten zien dat dit doemscenario zich pas over zo’n 100 miljard jaar zal afspelen. Klinkt tamelijk ver weg, maar het is dichterbij dan de 10145 jaar die nodig is om de koudedood van het heelal te bereiken. Wel een droevig verhaal zo op de zondagmiddag. Je kan wel merken dat de mei-vakantie er bijna op zit en ik morgen weer moet gaan werken. 😉 Welk van de varianten van de donkere energie uiteindelijk de juiste blijkt te zijn ligt nog helemaal open. Ik verwacht dat de NASA-satelliet GLAST, die 14 december 2007 zal worden gelanceerd, hierin wel het nodige baanbrekende werk zal doen. Mark my words. Bron: diverse artikelen in Wikipedia, o.a. over donkere energie.

References[+]

References
1 die baryonische materie bestaat op haar beurt weer voor 75% uit waterstof, 24% uit helium en 1% uit zwaardere elementen
2 ik heb op zolder nog een boek liggen van Paul Davies uit 1994, getiteld De laatste drie minuten. Daarin wordt uitvoerig over dat einde van het heelal geschreven. In dat boek zat ook nog een artikel dat ik had bewaard van 11 maart 2000 getiteld Slagveld Heelal van Dirk van Delft. Het verscheen in de wetenschapskatern van NRC-Handelsblad en het beschreef de tragedie in vijf bedrijven van het einde van het heelal.
3 lees: ik heb effe geen zin om mij daar op dit moment in te verdiepen
4 waarin geen rekening is gehouden met de zekerheid, dat de Aarde al voor het einde van het heelal zal zijn vernietigd door de uitdijende Zon aan het einde van haar leven, over ongeveer 5 miljard jaar.
Mobiele versie afsluiten