Big Rip

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Der Big Rip (englisch etwa für „Das große Zerreißen“, vereinzelt auch „Endknall“ genannt) ist in der Kosmologie neben dem Big Crunch („Das große Zusammenkrachen“) und dem Big Freeze („Das große Einfrieren“), ewige Expansion (auch als Big Chill oder Big Whimper bezeichnet) ein drittes hypothetisches Ende des Universums. Dabei nimmt die Expansionsrate, getrieben von einer wachsenden Phantom-Energiedichte, immer schneller zu und divergiert schließlich in dem Big Rip genannten singulären Ereignis. Die Phantomenergie ist eine Form der Dunklen Energie. Das Universum würde von den größten zu den kleinsten Strukturen zerreißen. Zuerst trifft es Galaxienhaufen, dann Galaxien, das Sonnensystem, die Erde, Atome usw.^[1]

Modelle

Nach dem Modell von Robert Caldwell (Dartmouth College, New Hampshire), Marc Kamionkowski und Nevin N. Weinberg 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.

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.

Obwohl die physikalische Natur der Dunklen Energie noch unbekannt ist, kann man sie sich als eine Art ideales Gas vorstellen, das eine Zustandsgleichung $p=w\rho c^{2}$ mit dem sogenannten $$ w $$ -Parameter besitzt. Hier bezeichnet $$ p $$ den Druck, $\rho c^{2}$ die Energiedichte der Dunklen Energie, $\rho$ die Dichte und $$ c $$ die Lichtgeschwindigkeit. Um eine beschleunigte Expansion des Weltalls zu erzwingen müsste der $$ w $$ -Parameter kleiner als $$ -1/3 $$ sein. Die von Einstein eingeführte kosmologische Konstante führt zu einem Wert von $$ w=-1 $$ . Mit dem zugrunde gelegten Wert von $$ w=-1{,}5 $$ würde das Universum etwa in 22 Milliarden Jahren entarten.

Unter der Annahme eines konstanten $$ w $$ -Parameters ermittelten Riess et al. 2009 aus den Messdaten des Hubble-Weltraumteleskops einen w-Parameter von $w=-1{,}12\pm 0{,}12$ und Komatsu et al. 2011 mit Hilfe der WMAP-Messdaten einen w-Parameter von $w=-1{,}10\pm 0{,}14$ . Lässt man die Annahme eines konstanten $$ w $$ -Parameter fallen, so zeigen die Beobachtungen immer noch, dass $$ w $$ sich offenbar zeitlich wenig ändert.^[2] Unwahrscheinlich sind Annahmen, dass sich derartige zerreißende Ereignisse lokal ereignen könnten, weil bisherige Beobachtungen zeigen, dass das Universum auf großen Skalen homogen ist.

Alternativen

Der Big Crunch gilt nach den neuesten Daten als eher unwahrscheinliches Szenario. Ob letztlich eine der Theorien zur ewig unbeschleunigten Expansion (Big Chill bzw. Big Freeze) 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 und 10¹⁰⁰ Jahre überdauern könnten, bei einem Big Rip sofort verschwunden.

Literatur

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

Weblinks

Referenzen

↑ Andreas Müller: Big Rip. AstroWissen, 2007.
↑ Vom Urknall zum modernen Menschen: Die Entwicklung der Welt in 10 Schritten; Peter Ulmschneider; Google Books; abgerufen September 2014

[1] Andreas Müller: Big Rip. AstroWissen, 2007.

[2] Vom Urknall zum modernen Menschen: Die Entwicklung der Welt in 10 Schritten; Peter Ulmschneider; Google Books; abgerufen September 2014

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