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Kosmologie: Feuerwerk am Ende der Zeit

Was passiert, wenn alle Materie im All erkaltet ist? Womöglich bäumt sich der Kosmos dann noch ein letztes Mal auf, meint ein US-Astrophysiker.
Menschen wird es wohl nicht mehr geben, wenn das Universum vollends erkaltetLaden...

Wenn man Kosmologen nach dem Ende aller Tage fragt, sagen sie dem Universum einen schleichenden Kältetod voraus. Das All wird demnach immer weiter expandieren und sich in ferner Zukunft dem absoluten Temperaturnullpunkt annähern. Sterne haben zu diesem Zeitpunkt längst sämtlichen Brennstoff aufgebraucht, Galaxien sich aufgelöst, Schwarze Löcher das Gros der Materie in ihrem Umfeld aufgesogen. Irgendwann sind dann auch sie via Hawking-Strahlung verdunstet – und der Kosmos besteht nur noch aus kalter, toter Materie.

Unter Umständen zündet das All vor diesem traurigen Finale aber nochmal ein großes Feuerwerk, spekuliert nun der Astrophysiker Matt Caplan von der Illinois State University. Verantwortlich sollen weiße Zwergsterne sein, die zurückbleiben, wenn ein Stern wie unsere Sonne keinen Brennstoff für die Kernfusion mehr übrig hat. An und für sich sind die Sternleichen sehr stabil und kühlen einfach immer weiter aus. Doch womöglich fallen sie in rund 101110 Jahren (einer Zahl mit 1100 Nullen) plötzlich in sich zusammen und zünden dabei eine Supernova, schreibt Caplan im Fachmagazin »Monthly Notices of the Royal Astronomical Society«.

Möglich soll das ein bisher übersehenes quantenphysikalisches Detail im Inneren der Sternleichen machen. Weiße Zwerge bestehen aus Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen, die sich nicht weiter zusammendrücken lassen, da ihre Elektronen sonst ihresgleichen zu sehr auf die Pelle rücken würden. Das verbietet ein aus der Quantenphysik hergeleiteter »Entartungsdruck«, der Weißen Zwergen ihre Stabilität gibt.

In ferner Zukunft könnte die Abstoßungskraft zwischen den Elektronen jedoch schwinden, hat Caplan berechnet. Denn Atomkerne könnten im Inneren von völlig erkalteten Weißen Zwergen wohl weiterhin verschmelzen, wenn auch nur vereinzelt. Schuld ist der Tunneleffekt, dank dem Atomkerne in seltenen Fällen zu ihren Nachbarn springen.

Auf diese Weise müssten sich irgendwann schwerere Elemente bis hin zu Eisen bilden, schreibt Caplan. Bei den Fusionsreaktionen entstehen jedoch Positronen, die Antiteilchen der Elektronen. Treffen sie auf ihre gegenpoligen Zwillinge, vernichtet sich das Paar gegenseitig. Mit jedem schwindenden Elektron würde aber auch der Entartungsdruck sinken – bis mancher Weiße Zwerg schließlich in sich zusammenfällt und dabei eine Supernova zündet.

Nach 1032000 Jahren müssten alle Weißen Zwerge im Universum auf diese Weise verendet sein, meint der US-Astrophysiker. Ob es wirklich dazu kommt, hängt allerdings von sehr vielen Annahmen ab. Unter anderem geht Caplan davon aus, dass das Proton stabil ist, was längst nicht alle Wissenschaftler so sehen. Sie halten es für wahrscheinlicher, dass sich Protonen nach einer sehr langen Zeit in andere Teilchen umwandeln. In diesem Fall würden sich erkaltete Weiße Zwerge »schon« nach 1032 bis 1049 Jahren auflösen, und zwar ohne Explosion.

Auch sonst ist das Endstadium des Universums keineswegs in Stein gemeißelt. So ist es durchaus denkbar, dass die Dunkle Energie, die das All derzeit immer schneller expandieren lässt, irgendwann wieder abflaut oder sich sogar umkehrt. In diesem Fall würde der Kosmos nicht den Kältetod sterben, sondern wieder schrumpfen, bis alle Materie in einem ziemlich heißen »Big Crunch« ineinanderrast.

33/2020

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 33/2020

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