23 juni 2024

Het uitdijende heelal thermodynamisch bekeken

Credit: Dark Energy Survey/DOE/FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA

Dát het heelal uitdijt weten we al sinds 1927, toen Edwin Hubble het idee van het uitdijende heelal van George Lemaître dankzij de roodverschuiving van sterrenstelsels kon bevestigen, en dat het heelal versneld uitdijt weten we sinds 1998, door twee onafhankelijke teams van sterrenkundigen gemeten met behulp van type Ia supernovae. Die versnelling in de uitdijing van het heelal begon zo’n vier miljard jaar geleden en wel op het moment dat de donkere energie (Λ) sterker werd dan de zwaartekracht van (donkere) materie. Daarmee begon de fase van donkere energie, volgend op de fase van dominantie van materie, die op haar beurt weer volgde op de fase van stralingsdominantie. Recent is een poging gedaan om die verschillende fasen in de evolutie van het heelal niet te beschrijven met standaard-kosmologie á la het ΛCDM model, maar met thermodynamica, het onderdeel van de natuurkunde dat de interacties bestudeert tussen grote verzamelingen van deeltjes op een macroscopisch niveau. Die thermodynamica stamt al uit de 19e eeuw, maar Mariano de Souza (São Paulo State University) en zijn collega’s denken dat hij nog zeer bruikbaar is.

Credit: Results in Physics (2024). DOI: 10.1016/j.rinp.2024.107344

Wat ze in het bijzonder hebben gedaan is om te kijken of de zogeheten effectieve Grüneisen parameter Γeff bruikbaar is om de uitdijing van het heelal weer te geven. De Duitse natuurkundige Eduard August Grüneisen (1877–1949) kwam daar in 1908 mee aan en het is een manier om het thermoelastische gedrag van materiaal weer te geven. Souza’s team legt het verband tussen de Grüneisen parameter en de bekende vergelijking van staat ω = p/ρ, waarin ω (omega) de vergelijking van staat (Engels: equation of state, EOS), p de druk en ρ (rho) de energiedichtheid. Het ΛCDM model zegt dat ω = -1, maar recent kwam al naar voren dat die waarde in werkelijkheid mogelijk anders is. Eén van de uitkomsten van de thermodynamische benadering van de uitdijing van het heelal is dat zowel ω als Λ geen constanten zijn, maar kunnen variëren met de tijd (zie de illustratie hierboven). Sterker nog, niet uitgesloten wordt dat het heelal in de toekomst nog een ‘Big Rip’ meemaakt, een fase ná die van de donkere energie, als de donkere energie steeds sterker wordt, zó sterk dat de sterrenstelsels, de sterren en planeten en zelfs atomen en de ruimtetijd uit elkaar zullen vallen.

Meer hierover kan je lezen in het vakartikel van Lucas Squillante et al, Exploring the expansion of the universe using the Grüneisen parameterResults in Physics (2024).

Bron: Phys.org.

Share

Speak Your Mind

*