Tot die conclusie komen drie onderzoekers van de Radboud Universiteit, nadat ze nagingen hoeveel tijd de laatste restanten van sterren nodig hebben om via een soort Hawkingstraling te vergaan.
Het onderzoek wijst uit dat de laatste restanten van sterren – zogenoemde witte dwergsterren – ongeveer 10^78 jaar (dat is: een 1 met 78 nullen) nodig hebben om middels een soort Hawkingstraling te verdampen. Het is een flinke periode. Maar de door de Nijmeegse onderzoekers voorgestelde periode duurt wel aanzienlijk korter dan de 1^1100 jaar die onderzoekers eerder voor het vergaan van de laatste restjes van het heelal dachten te moeten uittrekken. In die schatting was echter geen rekening gehouden met Hawkingstraling. En het nieuwe onderzoek wijst dus uit dat het in aanwezigheid van die straling allemaal een stuk sneller gaat.
Hawkingstraling: hoe zit het ook alweer?
Zo’n vijftig jaar geleden bedacht Stephen Hawking iets dat haaks staat op de relativiteitstheorie van Albert Einstein, namelijk: dat deeltjes en straling aan de greep van zwarte gaten kunnen ontsnappen. Volgens Hawking kunnen op de rand van een zwart gat twee tijdelijke deeltjes gevormd worden, waarbij – vóór die deeltjes kunnen samensmelten – het ene deeltje weer door het zwarte gat wordt opgeslokt en het andere deeltje ontsnapt. Het gevolg van deze zogenoemde Hawkingstraling is – onder meer – dat een zwart gat heel langzaam in straling en deeltjes oplost en dus niet – zoals Einstein veronderstelde – alleen maar groter wordt.
Andere objecten
Jaren later – in 2023 – stellen onderzoekers uit Nijmegen dat niet alleen zwarte gaten, maar ook andere objecten met een zwaartekrachtsveld via een Hawkingstraling-achtig proces kunnen oplossen. “Je moet je voorstellen dat er in de ruimte voortdurend deeltjes gevormd worden,” legt onderzoeker Heino Falcke uit aan Scientias.nl. “Deeltjes en antideeltjes. Die bestaan gedurende een kort moment, alvorens ze elkaar weer ontmoeten. En als ze elkaar ontmoeten, vernietigen ze elkaar. Niets aan de hand dus. Maar Hawking stelde dat een zwart gat dat proces kan verstoren door het ene deeltje op te slokken en het andere te laten ontsnappen. De deeltjes krijgen dan de kans niet meer om elkaar te ontmoeten en op te heffen.” Maar niet alleen nabij een zwart gat kan de ontmoeting tussen deeltjes en hun antideeltjes verhinderd worden. Ook op plaatsen waar massa’s – zo klein als die van de aarde of zo groot als die van een neutronenster – de ruimtetijd om zich heen krommen, kan een ontmoeting tussen deeltjes en antideeltjes in de soep lopen. “Want op plaatsen waar de ruimte gekromd wordt, verandert ook de tijd,” legt Falcke uit. “Het betekent dat een deeltje dat door een net wat anders gekromde ruimte gaat dan zijn antideeltje, een andere tijd en een andere geschiedenis heeft en daardoor zijn antideeltje niet meer zal ontmoeten.” En met die theorie in gedachten, zou je mogen verwachten dat elk object in de ruimte – en dus niet alleen zwarte gaten – een Hawking-achtige straling afgeven waardoor ze langzaam oplossen. “In dat scenario is de Hawkingstraling (die alleen zwarte gaten betreft, red.) dus eigenlijk een specifiek voorbeeld van een veel algemener optredend effect,” concludeert Falcke.
Hoelang hebben we nog?
Nadat Falcke en collega’s hun theorie dat ook andere objecten een soort Hawkingstraling afgeven in 2023 deponeerden, kregen ze daar vanzelfsprekend veel vragen over. Eén vraag die daarbij herhaaldelijk klonk, was: als een soort Hawkingstraling ervoor zorgt dat alle objecten in het universum langzaam oplossen, hoelang duurt het dan voor het universum in zijn geheel is verdampt? Daar waren de wetenschappers zelf ook wel benieuwd naar en dus hebben ze het nu uitgezocht. Ze richtten zich daarbij op witte dwergsterren. “Als aan de ontwikkeling van alles in het universum een einde komt, zullen alle sterren vergaan en alleen nog zwarte gaten, neutronensterren en witte dwergen overblijven. Daarom hebben we om het einde van het heelal te berekenen, gekeken hoelang witte dwergsterren erover doen om middels die Hawking-achtige straling te verdampen,” legt Falcke uit. En uit de berekeningen blijkt dus dat zelfs die meest standvastige restanten van sterren aan het Hawkingstraling-achtige proces ten prooi vallen en uiteindelijk verdampen. Maar dat duurt wel 10^78 jaar.
Maan en mens
Als aardigheidje berekenden de onderzoekers ook hoelang de maan en de mens nodig zouden hebben om via het Hawkingstraling-achtige proces te verdampen. Dat is 10^90 jaar (een 1 met 90 nullen). Vanzelfsprekend zijn er in de tussentijd wel andere processen die de maan en ons fataal worden, maar het gaat om het idee.
Neutronensterren
Wat serieuzer zijn hun berekeningen aan neutronensterren. En die leverden direct een verrassing op. Want het onderzoek onthult dat neutronensterren even veel tijd nodig hebben om via een Hawking-achtige straling te verdampen als zwarte gaten. Dat is verrassend, omdat zwarte gaten een sterker zwaartekrachtsveld hebben, dat – zo redeneerden de onderzoekers – voor een snellere verdamping zou moeten zorgen. Maar het werkt net een beetje anders. “Wat we ontdekt hebben, is dat de tijd die een object nodig heeft om middels Hawking-achtige straling te vergaan, samenhangt met de dichtheid ervan,” vertelt Falcke. “Daarbij geldt: hoe groter de dichtheid, hoe korter de levensduur. Omdat een neutronenster de grootste dichtheid van alle materie heeft, heeft deze dus ook een korte levensduur. Stellaire zwarte gaten hebben in feite natuurlijk geen dichtheid, maar als we kijken naar de omvang en massa kunnen we wel berekenen wat de effectieve dichtheid is. En die is vergelijkbaar met de dichtheid van een neutronenster.” Vandaar dat stellaire zwarte gaten en neutronensterren dus ongeveer net zoveel tijd nodig hebben om middels Hawkingstraling – of een vergelijkbaar proces – te vergaan.
Ver-van-je-bed-show?
Verdampende zwarte gaten en sterren, op tijdschalen waar we ons eigenlijk niet eens echt een voorstelling van kunnen maken: het voelt wellicht een beetje als een ver-van-mijn-bed-show. Maar voor de betrokken onderzoekers ligt dat toch een beetje anders. Want zij hopen dat hun berekeningen – die hier en daar met een knipoog lijken te zijn genoteerd – uiteindeljk toch tot nieuwe inzichten leiden. “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,” stelt onderzoeker Walter van Suijlekom, met het laatste verwijzend naar het feit dat Hawkingstraling nog altijd niet te rijmen valt met de relativiteitstheorie van Einstein.
Falcke sluit zich daarbij aan, maar ziet nog wel een reden om dit soort theoretisch onderzoek te doen. “Het verruimt je denken,” zo stelt hij. Over tijd en ruimte. Over verleden en toekomst. Natuurlijk zijn we wel gewend om over het verleden na te denken, maar dat verleden gaat niet veel verder terug dan 13 miljard jaar. En ook als we over de toekomst nadenken, blijven we vaak op ‘korte’ tijdschalen hangen, bijvoorbeeld als we het hebben over ons klimaat of het uitdoven van de zon. “Dit onderzoek deed me realiseren dat het heelal niet alleen heel groot is, maar dat er ook heel veel tijd is, waarvan we nog maar een heel klein gedeelte achter ons hebben liggen,” stelt Falcke. “En dat geeft een ander perspectief. Daarom is het ook weleens goed om je denken zo te verruimen, niet te blijven hangen in vandaag en morgen, maar ook eens wat breder te leren en groter te denken.”
