credit: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI).
Het wordt de toestandsvergelijking genoemd, in het Engels de ‘equation of state’. Het wordt op verschillende manieren gebruikt als een vergelijking die het verband uitdrukt tussen verschillende grootheden van een systeem. In het geval van het heelal drukt de toestandsvergelijking de relatie uit tussen de druk p en dichtheid ρ van het heelal en wel via de volgende vergelijking: ω=p/ρ, waarin ω (omega) een dimensieloos getal is. ω is één van de parameters waar sterrenkundigen opgewonden van worden, zoals ik het ooit plastisch omschreef.
Sinds 1998 weten we dat we leven in een heelal met een versnelde uitdijing en die extra uitdijing hebben we te danken aan wat sterrenkundigen de donkere energie noemen, een mysterieuze energie met een negatieve druk p, hetgeen werkt als een negatieve zwaartekracht – zie deze blog hoe dat precies in z’n werk gaat. Zoals ik hier al eens uitgebreid heb beschreven geloofde Albert Einstein niet in een krimpend of uitdijend heelal. Hij was er van overtuigd dat we in een statisch heelal leven. Maar zijn eigen veldvergelijkingen op grond van de Algemene Relativiteitstheorie uit 1915 gaven iets anders aan: het heelal moet krimpen of uitdijen! Dus voerde Einstein de kosmologische constante Λ in om het heelal statisch te laten zijn:
Wat gebeurde er in 1998: het was juist die kosmologische constante Λ, die beschouwd werd als de donkere energie, de energie die zorgt voor de versnelde uitdijing. In zo’n heelal met Λ als donkere energie is ω exact -1. Dat is het geval als de donkere energie echt constant is, dat het in de afgelopen 13,8 miljard jaar qua sterkte niet veranderd is en ook niet zal veranderen. Maar er zijn ook theorieën die zeggen dat de donkere energie wèl veranderd en dat deze niet hetzelfde als Λ is. Dan komen andere modellen op de proppen, zoals die van de kwintessens en fantomen. Dán moet de toestandsvergelijking ω > 1 of juist ω < 1 zijn. En stel dat we inderdaad leven in een heelal met ω < 1, dan betekent dat dat de donkere energie steeds sterker wordt en het heelal verscheurd kan worden in één grote big rip over een paar miljard jaar.
Voorstelling van een Big Rip. Credit: Publiek domein.
Tsja, als je dat leest is het best interessant om precies te weten wat die toestandsvergelijking van het heelal is en daarmee wat het lot van het heelal is. Een aantal sterrenkundigen hebben die vraag recent trachten te beantwoorden en de resultaten van hun denkwerk is te lezen in dit vakartikel. Luis A. Escamilla (Universidad Nacional Autonoma de Mexico) en zijn collega’s hebben alle gegevens die anno 2023 bekend zijn over het heelal op een rijtje gezet om te kijken wat we nu weten van de waarde van ω, zoals data van Planck aan de CMB, Baryon Acoustic Oscillations (BAO’s), type Ia supernovae en diverse kosmologische chronometers’. Uitkomst van het onderzoek:
ω = -1,013+0,038-0,043
Dat wordt beschouwd als in overeenstemming met het vigerende standaard heelalmodel en daarmee met ω = -1. Met (toekomstige) telescopen zoals de pas gelanceerde Euclid en de nog te lanceren Nancy Grace Roman Telescope willen ze verder onderzoek doen om nog preciezer te bepalen wat de toestandsvergelijking van het heelal is. Bron: Space.com.
Beregoed