Het heelal gaat ooit uiteenvallen. En volgens nieuwe berekeningen gebeurt dat al veel eerder dan gedacht. Maar gelukkig laat het nog steeds erg lang op zich wachten.

101100 jaar (een 1 met 1100 nullen): zolang zou het duren voordat het heelal uiteenvalt. Tenminste dat was lang de beste schatting. Maar volgens drie Nijmeegse wetenschappers gebeurt dat al veel eerder. Dat blijkt uit berekeningen aan de zogeheten hawkingstraling. Daaruit zou blijken dat de laatste restanten van sterren ongeveer 1078 jaar (een 1 met 78 nullen) nodig hebben om te vergaan. Dat schrijft het drietal in het vakblad Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Kosmisch doucheputje

Het beeld dat de meeste mensen hebben van een zwart gat is dat van een nietsontziend kosmisch doucheputje. Alles wat de pech heeft erin te belanden, komt er nooit meer uit. Want zelfs licht is niet snel genoeg om aan een zwart gat te ontsnappen, en alle gewone materie is gedoemd altijd trager dan het licht te gaan. Als een zwart gat dus in feite alles opslokt wat het maar te pakken krijgt en nooit iets uitspuugt, zou je verwachten dat zo’n gat alleen maar kan groeien. Maar dat is niet zo, bedacht de beroemde Engelse natuurkundige Stephen Hawking in 1974. Een zwart gat kan via een omweg een vorm van straling afgeven – hawkingstraling, noemen we die inmiddels – en zo toch verdampen.

Ultieme einde van het heelal

In 2023 publiceerden de wis- en sterrenkundigen Michael Wondrak, Walter van Suijlekom en Heino Falcke van de Radboud Universiteit in Nijmegen een artikel waarin ze stelden dat niet alleen zwarte gaten, maar ook andere objecten, zoals neutronensterren en zelfs mensen, kunnen ‘verdampen’ via een proces dat vergelijkbaar is met hawkingstraling. De onderzoekers kregen toen veel vragen over hoelang het proces dan zou duren. Dat hebben ze nu in de nieuwe publicatie uitgewerkt.

Het drietal berekende dat, als je alleen rekening houdt met hawkingachtige straling, het einde van het heelal nog ongeveer 1078 jaar op zich laat wachten. Dat is namelijk de tijd die witte dwergsterren, de hardnekkigste hemellichamen, nodig hebben om via deze straling te vergaan. Eerdere onderzoeken, die geen rekening hielden met hawkingstraling, kwamen voor witte dwergen op 101100 jaar. Hoofdauteur Heino Falcke: “Het ultieme einde van het heelal komt dus een stuk sneller dan verwacht, maar gelukkig duurt het nog steeds heel lang.” (Het heelal is nu 13,8 miljard jaar oud, ofwel 1,3 x 109.)

De onderzoekers berekenden ook voor andere objecten uit hoelang het duurt om te verdampen. Tot hun verrassing hebben neutronensterren en stellaire zwarte gaten even lang nodig om te vergaan: 1067 jaar. Dat was onverwacht, omdat zwarte gaten een sterker zwaartekrachtsveld hebben en dat zou juist voor een snellere ‘verdamping’ moeten zorgen. “Maar zwarte gaten hebben geen oppervlak”, zegt coauteur Michael Wondrak, “Ze nemen een deel van hun eigen straling weer op. Dat remt het proces.”

Verdamping van de maan en mens

Voor de gein berekenden de onderzoekers ook hoe lang de maan en de mens erover doen om via alleen hawkingachtige straling te verdampen. Dat is 1090 jaar. Maar, zo benadrukken ze, er zijn uiteraard andere processen die zorgen dat de maan en een menselijk lichaam veel sneller verdwijnen.

De kans dat de mensheid nog bestaat als het heelal uiteenvalt is enorm klein. Hebben we dan wel wat aan deze kennis? Coauteur Walter van Suijlekom: “Door dit soort vragen te stellen en extreme gevallen te bekijken, willen we de theorie beter begrijpen en misschien ooit het raadsel van de hawkingstraling ontrafelen.”

Hoe werkt hawkingstraling?

Een stukje ruimte dat op het eerste gezicht leeg lijkt, is dat volgens Hawking niet echt. Overal ploppen uit het niets koppels van deeltjes tevoorschijn. Of liever: een deeltje en het bijbehorende antideeltje. Maar na een fractie van een seconde vernietigen die elkaar weer.

Stel nu dat zo’n koppel deeltjes ontstaat nét buiten de grens van een zwart gat: de waarnemingshorizon. Dan kan het voorkomen dat, voordat ze elkaar vernietigen, een van beide het gat in wordt getrokken en het andere niet. Dat tweede deeltje kan dan het heelal in reizen. Zulke ontsnapte deeltjes kun je dan zien als een vorm van straling die het zwarte gat uitzendt. Waardoor dat gat – als je het tenminste geen nieuwe materie voert – extreem langzaam massa verliest.