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 und letztlich Elementarteilchen.

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.

Der unter der Annahme eines konstanten $w$-Parameters ermittelte Wert wird in der Ausgabe 2021 der Review of Particle Physics von CODATA mit $w=-1{,}026\pm 0{,}033$ angegeben. Lässt man die Annahme eines konstanten $w$-Parameters fallen, so zeigen die Beobachtungen immer noch, dass $w$ sich offenbar zeitlich wenig ändert und man erhält einen Wert von $w=-1{,}020\pm 0{,}032$ für den heutigen Wert. Unwahrscheinlich sind Annahmen, dass sich derartige zerreißende Ereignisse lokal ereignen könnten, weil bisherige Beobachtungen zeigen, dass das Universum auf großen Skalen homogen ist.

Literatur

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

Weblinks

• Szenario für das Ende des Universums bei Astro News
• Big Rip, Big Crunch und Big Whimper als mögliches Ende des Universums
• Lexikon der Astronomie: Big Rip