Heelal valt sneller uiteen dan gedacht (maar het duurt nog altijd heel lang)

Beeld: Weergave van een neutronenster die heel langzaam ‘verdampt als gevolg van Hawking-achtige straling. Credit: Daniëlle Futselaar/artsource.nl

De laatste restanten van sterren hebben ongeveer 10^78 jaar (een 1 met 78 nullen) nodig om te vergaan. Dat is veel korter dan de eerder geponeerde 10^1100 jaar: een 1 met 1100 nullen.

Het onderzoek van zwartegatenexpert Heino Falcke, quantumfysicus Michael Wondrak en wiskundige Walter van Suijlekom (allen Radboud Universiteit) is het vervolg op een publicatie van het trio uit 2023. Daarbij hadden ze in grote lijnen uiteengezet dat niet alleen zwarte gaten, maar ook andere objecten zoals neutronensterren kunnen ‘verdampen’ via een proces dat vergelijkbaar is met Hawkingstraling. Na die publicatie kregen de onderzoekers veel vragen van binnen en buiten de wetenschap over hoe lang het proces dan zou duren. Dat hebben ze nu in de nieuwe publicatie uitgewerkt.

De onderzoekers berekenden dat het einde van het heelal, als alleen rekening gehouden wordt met Hawkingachtige straling, nog ongeveer 10^78 jaar op zich laat wachten (een 1 met 78 nullen). Dat is de tijd die witte dwergsterren, de hardnekkigste hemellichamen, nodig hebben om via Hawkingachtige straling te vergaan. Eerdere onderzoeken, die geen rekening hielden met Hawkingstraling, kwamen voor witte dwergen op 10^1100 jaar (een 1 met 1100 nullen). Hoofdauteur Heino Falcke: ‘Het ultieme einde van het heelal komt dus een stuk sneller dan verwacht, maar gelukkig duurt het nog steeds heel lang.’

De basis vormt de herinterpretatie van de Hawkingstraling. In 1975 bedacht de natuurkundige Stephen Hawking dat er, in tegenstelling tot wat de relativiteitstheorie voorschrijft, deeltjes en straling uit een zwart gat kunnen ontsnappen. Op de rand van een zwart gat zouden twee tijdelijke deeltjes gevormd kunnen worden waarbij, voordat de deeltjes weer samensmelten, het ene deeltje het zwarte gat wordt ingezogen en het andere deeltje ontsnapt. Het gevolg van deze Hawkingstraling is onder meer dat een zwart gat heel langzaam in straling en deeltjes oplost. Dit botst met de theorie van de relativiteitstheorie van Albert Einstein, die stelt dat zwarte gaten alleen maar kunnen groeien.

Maan en mens

De onderzoekers berekenden dat het proces van Hawkingstraling in principe ook voor andere objecten met een zwaartekrachtsveld werkt. Verder werd bij de berekeningen duidelijk dat de ‘verdampingsduur’ van een object in principe alleen afhangt van zijn dichtheid.

Tot verrassing van de onderzoekers hebben neutronensterren en stellaire zwarte gaten even lang nodig om te vergaan: 10^67 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 en postdoc-onderzoeker Michael Wondrak. ‘Ze nemen een deel van hun eigen straling weer op. Dat remt het proces.’

De onderzoekers hebben ook berekend hoe lang de maan en de mens erover doen om via Hawkingachtige straling te verdampen. Dat is 10^90 jaar (een 1 met 90 nullen).