Big Rip

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Die Zerstörung einer Galaxie laut der Hypothese des Big Rips

Der Big Rip ist in der Kosmologie neben dem Big Crunch und dem Big Chill (ewige Expansion, auch als Big Freeze oder Big Whimper bezeichnet) ein drittes hypothetisches Ende des Universums. Das Szenario des Big Rip geht von einer immer stärker zunehmenden und schließlich extrem ansteigenden Entstehung neuen Raumes aus, so dass sich alle Objekte immer schneller voneinander entfernen und nicht mehr in Wechselwirkung treten können. Dieses finale „Zerreißen“ wird als „Knall“ bezeichnet, weil man annimmt, dass die Geschwindigkeit der Raumentstehung ab einem bestimmten Punkt explosionsartig divergiert. Die Explosion erfolgt „in den Raum hinein“.

Modelle[Bearbeiten]

Nach dem Modell von Robert Caldwell (Dartmouth College, New Hampshire) aus dem Jahre 2003 würde eine kontinuierliche Expansion des Universums in sich selbst unter Umständen nicht ewig dauern, sondern könnte instabil werden und zu einem Big Rip entarten. Dieses Modell geht davon aus, dass die hypothetische dunkle Energie für die Raumentstehung verantwortlich ist und alle Materie progressiv beschleunigt. Ihre Gegenkraft, die Gravitation, kann die Strukturen nur zusammenhalten, solange sie die Wirkung der dunklen Energie übertrifft. Je mehr dunkle Energie entsteht, desto schwächer wird der Einfluss konventioneller Massen.

Die Autoren dieses Modells erhalten folgende Formel für die Zeit vom jetzigen Zeitpunkt t_0 bis zum Zeitpunkt t_{\rm {rip}} der explosionsartigen Divergenz:

t_{\rm {rip}} - t_0 \approx \frac{2}{3 \, |1+w| \, H_0 \sqrt{1 - \Omega_m}} \, .

Dabei ist

  •  w ein Maß für die Expansionsstärke infolge der Dunkelenergie; in der Arbeit wird ein Beispiel mit w = -1,5 durchgerechnet.
  •  H_0 die Hubble-Konstante
  • \Omega_m der reduzierte Wert für die gegenwärtige Materiedichte im Universum.

Die Ursachen der Raumausdehnung sind jedoch bis heute nicht verstanden. Ob dieses Szenario eintreten kann, hängt davon ab,

  1. ob sich die Raumausdehnung (Neuentstehung von Raum) überhaupt beschleunigt
  2. ob sie exponentiell verläuft und
  3. ob oder wo sie eine obere Grenze findet.

Diese Grenze kann z.B. durch die Dichte der Dunklen Energie gesetzt sein, die die Raumausdehnung erzeugt, sofern sie ebenfalls mit ausdünnt. Der Big Rip könnte demnach auch als eine weitere, zeitlich begrenzte inflationäre Phase ablaufen, die sich wieder in eine konventionelle Raumausdehung rückbildet, so dass kleinere masseführende Strukturen wie Sterne, Planeten oder Atome doch nicht „zerrissen“ werden.

Der mögliche Zeitpunkt für einen solchen „Endknall“ wurde zunächst einfach exponentiell hochgerechnet und in 22 Milliarden Jahren prognostiziert. Ausgangspunkt dieser Überlegung war die Beobachtung der bisher entferntesten Supernova-Explosion mit dem Hubble-Weltraumteleskop im Jahre 2001. Diese Daten legten zunächst die Vermutung nahe, die Expansionsrate des Kosmos sei in der Vergangenheit langsamer gewesen und beschleunige sich daher. Ursache der Beschleunigung sei die anwachsende Phantom-Energiedichte – die wohl bizarrste Form der Dunklen Energie. Ihre Dichte könne in endlicher Zeit über alle Maßen anwachsen.

Neuere Messdaten des Hubble-Teleskops (Riess et al. 2004 und 2006) belegen jedoch, dass die Dunkle Energie auf den betrachteten kosmologischen Distanzen kaum variierte. Dies lässt den Schluss zu, dass sich diese Energie – wenn überhaupt – nur sehr langsam ändert. Der Big Rip wird nunmehr eher in dem Zeitraum zwischen 30 und 50 Milliarden Jahren in der Zukunft angenommen. Im Vergleich zu den Zeiträumen, die für den entropischen Wärmetod des Universums (Big Chill) veranschlagt werden, liegt dies jedoch in nächster Zukunft, in der noch genug konventionelle Materie, Sterne und Galaxien vorhanden sein werden, um Zeitzeugen und potentielle Beobachter beherbergen zu können.

Unwahrscheinlich sind Annahmen, dass sich derartige zerreißende Ereignisse lokal ereignen könnten, weil das Universum auf großen Skalen homogen ist und somit auch die zur Entstehung von neuem Raum führenden Prozesse überall gleichmäßig ablaufen dürften. Unter der Annahme, dass Dunkle Energie (oder ihre exotischen Spezialformen) für die Raumausdehnung verantwortlich ist, könnte die Explosion aber in Gebieten, in denen die Bedingungen zur Entstehung dunkler Energie günstig waren, eher anlaufen, darauf begrenzt bleiben oder vorerst nicht auf das restliche Universum übergreifen. Es wäre denkbar, dass vorerst nur einzelne Galaxien oder Galaxienhaufen betroffen sind. Dort, wo sie sich befinden, wäre „mehr Raum“ enthalten als geometrisch zu erwarten, d. h., der Umfang dieser Gebiete wäre kleiner als ihr Durchmesser mal π.

Weil Lichtquanten einen sich explosionsartig neu bildenden lokalen Raum nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit durchqueren und daher nicht verlassen können, wären lokal ablaufende Rips nicht direkt beobachtbar. Sofern sich das Phänomen aber nicht unbegrenzt schnell in die Umgebung fortpflanzt und Licht entkommen kann, könnte ein solches Ereignis unter Umständen durch die Rotverschiebung beobachtet werden. Bei raschem, ständigem Absinken der Dichte und steigendem Innendurchmesser würden von diesen Gebieten auch keine Gravitationswellen mehr ausgehen können.

Alternativen[Bearbeiten]

Der Big Crunch gilt nach den neuesten Daten als eher unwahrscheinliches Szenario. Ob letztlich eine der Theorien zur ewig unbeschleunigten Expansion (Big Chill) oder doch eher der Big Rip das Rennen um die Zukunft unseres Universum machen wird, kann derzeit noch nicht genau genug abgeschätzt werden.

Der Unterschied zwischen Big Rip und Big Chill besteht darin, dass beim Big Chill die kosmischen Massen zunächst kompakt bleiben und sich in sehr langer, aber endlicher Zeit in Strahlung umwandeln. Je nach Hochrechnung geht man davon aus, dass bei einem Alter zwischen 10150 und 101000 Jahren der endgültige Wärmetod eintritt, d. h. alle Protonen zerfallen und jegliche Strahlung soweit ausgedünnt ist, dass ein falsches Vakuum bei 0 K vorliegt. Der Big Rip würde diesen Zustand in wesentlich kürzerer Zeit und schlagartig herbeiführen und auch kombinierte Teilchen mit unendlich großer Halbwertszeit zerreißen, die hypothetisch existieren könnten und dann auch in einem ewig expandierenden Universum vereinzelt vorkommen. Vermutlich wären auch supermassive Objekte wie Quasare oder noch größere kosmische Schwarze Löcher, die im Big Chill zwischen 1040 bis 10100 Jahre überdauern könnten, bei einem Big Rip sofort verschwunden.

Literatur[Bearbeiten]

  • Robert R. Caldwell, Marc Kamionkowski, Nevin N. Weinberg Phantom Energy and Cosmic Doomsday, Phys. Rev. Lett., 91, 2003, 071301, Arxiv

Weblinks[Bearbeiten]