Het universum is traagjes aan het sterven (maar panikeren hoeft niet)

We weten dat ons universum al heel wat opwindende fases wist te overleven, maar nieuw onderzoek toont aan dat het nu toch al enige tijd voorbij haar piek is en traag maar zeker sterft. Het onderzoek werd voorgesteld tijdens een jaarlijkse bijeenkomst van astronomen in Hawaï.

Laten we, voor we starten met het schrijven van een doodsbrief, eerst terugblikken op de goeie ouwe tijd van het universum. Toen het universum minder dan een seconde oud en meer dan een miljard graden heet was, golden er ideale omstandigheden voor exotische deeltjes om naar believen op te duiken en terug te verdwijnen. Terwijl het universum uitbreidde, koelde het af en was het niet langer in staat om dergelijke exotische deeltjes in massa te produceren.

Een voorstelling van de evolutie van het universum gedurende 13,77 miljard jaar. (NASA / WMAP Science Team)

Na een paar seconden was het universum een oceaan van protonen en neutronen, en na een paar minuten was het hoofdzakelijk een dichte mist van waterstof en helium. Dat was voor de volgende 400.000 jaar zowat het einde van enige actie, toch op gebied van het bouwen van complexe materie.

Maar dan, vrij plots, werden materie en straling ontkoppeld en konden fotonen zich voor het eerst vrij door het universum bewegen. Er gebeurde ook iets met het waterstof en helium: het kon nu elektronen vasthouden en zo neutrale atomen vormen.

Bouwstenen van het leven

Dat was een nieuwe stap naar het maken van u en ik: er zijn neutrale waterstofatomen nodig om waterstofmoleculen te vormen, deze zijn nodig om efficiënt gaswolken af te koelen die vervolgens snel ineenzakken om de eerste sterren te vormen, en de eerste sterren zijn nodig om zware elementen zoals koolstof en zuurstof, de bouwstenen van leven, te vormen.

Op dit moment was het universum een paar honderd miljoen jaar oud, en het warme zichzelf terug op doordat deze eerste sterren het omliggende materiaal verwarmden. Deze starren bliezen zichzelf uiteen en dumpten zo grote hoeveelheden van zware atomen in de ruimte, waarbij veel van de zwaardere elementen die we vandaag kennen werden gevormd. Sommige van hen stortten ook in zwarte gaten, waarbij ze de zaden uitstrooiden voor enkele van de meest massieve sterrenstelsels die we vandaag kennen.

Na deze vroege fase van stervorming, vormden zich de eerste structuren die lijken op moderne sterrenstelsels, maar in een zeer slordige en heftige vorm. Voor de komende paar miljard jaar botsten sterrenstelsels in elkaar om grotere systemen te vormen. Dit proces duurde tot het universum ongeveer drie miljard jaar oud was, een periode die astronomen kennen als de piek van kosmische stervorming.

Elk van deze punten stelt een sterrenstelsel voor, en de richting toont hun locatie aan de hemel (de aarde is het centrum). De afstand tot het centrum toon de reistijd voor het licht naar de aarde. Op dit beeld zijn de voorbije vijf miljard jaar van het universum te zien. Daarvoor waren duizenden nachten van observeren nodig met enkele van de grootste telescopen ooit gebouwd.

Het universum had ondertussen het meest spectaculaire gedeelte van haar leven achter de rug. Sindsdien is het traag maar zeker aan het sterven. Het vormt nog steeds nieuwe sterren, zo nu en dan, maar de snelheid waarmee oude starren uitdoven overtreft ruimschoots het tempo waaraan jonge sterren geboren worden.

Donkere materie

Ongeveer drie miljard jaar geleden begon een mysterieus gegeven genaamd donkere energie de energie van het universum te domineren en alles uit elkaar te drijven. Het universum was dan al enige tijd aan het afkoelen, maar de donkere energie versnelde dat proces pas echt.

Hoe weten we dit allemaal? Wel, astronomen zijn deze kennis al enige tijd aan het uitbouwen en voorzichtige modellen van de evolutie van sterrenstelsels suggereerden al dat het universum aan het vervagen is, maar astronomen wilden dit effect direct observeren over een periode van miljarden jaren.

De voorbije jaren onderzocht het Australische “Galaxy And Mass Assembly (GAMA)” de energie-output van sterren. We moesten nabijgelegen sterrenstelsels observeren van het ver-ultraviolet (waar jonge sterren het meeste van hun licht produceren) over het nabij-infrarood (waar de meeste sterren pieken in energie) tot aan het ver-infrarood (waar licht van sterren dat is geabsorbeerd door stof terug wordt uitgezonden).

Een sterrenstelsel geobserveerd aan verschillende golflengtes van ver-ultraviolet tot ver-infrarood. (ICRAR/GAMA, CC BY-NC)

GAMA was in staat om dit gigantische stralingsbereik voor de voorbije 5 miljard jaar te meten voor bijna 200.000 sterrenstelsen, en aan de hand van die gegevens vast te stellen dat het universum inderdaad op haar terugweg is.

Het einde van het universum

Het goede nieuws is dat de sterren die tot vandaag zijn gemaakt nog vele miljarden jaren zullen bestaan (daarbij is ook onze zon). Sommige van de kleinere sterren kunnen zelfs nog langer schijnen dan het universum vandaag oud is.

Er zijn onzekerheden over rol van donkere energie op langere termijn, waarbij één van de meest exotische theorieën speculeert dat het alles uiteen zal scheuren in een Big Rip.

Minder dramatisch, en meer waarschijnlijk gezien de huidige kennis, is de theorie die zegt dat het universum zal blijven afkoelen, en niet door zwaartekracht gebonden structuren zich geleidelijk aan verder van elkaar zullen bewegen. Na biljarden jaren zullen we van hieruit alleen nog ons eigen sterrenstelsel kunnen zien doordat andere sterrenstelsels te ver af zullen gedreven zijn. En na honderd biljarden jaren zullen geen nieuwe sterren meer gevormd worden.

Daarna zal ons sterrenstelsel de meeste van haar overblijvende sterren in een kosmische superholte ejecteren, en wat overblijft zal ineenstorten in een centraal zwart gat. Alle materie die we kennen zal uiteindelijk vervallen, de zwarte gaten zullen verdampen en wat overblijft zal een eenzame en lege ruimte zijn.

Het universum zal gestopt zijn met het omzetten van massa in licht, en het zal achterblijven in totale duisternis. Af en toe zullen de overlevende fotonen, elektronen, positronen en neutrino’s elkaar ontmoeten en dansen, maar uiteindelijk zullen ze alleen op pad gaan. Het universum zoals we het kennen is dan dood.