De uitdijing van het heelal is een van de meest contra-intuïtieve ideeën in de moderne kosmologie. Als de ruimte zelf uitrekt, hoe kunnen sterrenstelsels dan nog steeds botsen? Deze vraag rijst vaak omdat ze tegenstrijdig lijkt: zou niet alles uit elkaar moeten vliegen? De werkelijkheid is genuanceerder. Botsingen vinden plaats omdat expansie alleen op de grootste schaal domineert, en de zwaartekracht lokaal nog steeds een krachtige invloed uitoefent.
Het uitdijende heelal: een misvatting
Het populaire beeld van het universum dat zich uitbreidt als een explosie – waarbij sterrenstelsels door de ruimte bewegen – is misleidend. De uitdijing gaat niet over sterrenstelsels die van elkaar weg razen; het gaat over de uitbreiding van de ruimte zelf. Stel je een flexibele meterstok voor die zich uitstrekt van één tot twee meter. Punten die verder uit elkaar liggen, bewegen sneller, terwijl punten die dichter bij elkaar liggen langzamer bewegen. Dit is precies wat er in het heelal gebeurt: verder weg gelegen sterrenstelsels trekken zich sneller terug, een fenomeen dat we kunnen meten.
Een sterrenstelsel op een afstand van 10 megaparsec (32,6 miljoen lichtjaar) beweegt zich bijvoorbeeld met een snelheid van grofweg 700 km/sec weg, terwijl één megaparsec verwijderd is met slechts 70 km/sec. Ondanks deze snelle uitdijing kunnen sterrenstelsels dit nog steeds door pure snelheid overwinnen.
Lokale zwaartekracht heft uitbreiding op
Het Andromedastelsel is een duidelijk voorbeeld. Hoewel hij zich op een afstand van 2,5 miljoen lichtjaar bevindt, trekt hij zich niet terug. In plaats daarvan raast hij met een snelheid van ongeveer 110 km/sec richting de Melkweg. Dit komt omdat beide sterrenstelsels door zwaartekracht gebonden zijn binnen de Lokale Groep; hun onderlinge zwaartekracht overweldigt de uitdijing van het universum.
Hetzelfde principe geldt voor sterrenstelsels binnen clusters. De gecombineerde zwaartekracht houdt ze bij elkaar en weerstaat de uitwaartse aantrekkingskracht van uitzetting. Als gevolg hiervan kunnen deze sterrenstelsels gedurende miljarden jaren op elkaar inwerken, samensmelten en botsen, ondanks de zich uitstrekkende kosmos om hen heen.
Zwaartekracht buigt de ruimtetijd
Einsteins algemene relativiteitstheorie legt uit waarom dit werkt. Zwaartekracht is niet alleen een kracht; het is een vervorming van de ruimtetijd. Enorme objecten vervormen het weefsel van het universum, waardoor nabijgelegen objecten naar hen toe buigen. In een strak gebonden systeem domineert de zwaartekracht, waardoor uitbreiding binnen dat gebied wordt voorkomen. De ruimte breidt zich uit rondom het cluster, maar niet daarbinnen.
Dit betekent dat als twee sterrenstelsels elkaar dicht genoeg naderen, de zwaartekracht ze naar elkaar toe zal trekken, ongeacht de uitdijende achtergrond. Om deze reden zijn de Melkweg en Andromeda voorbestemd om over ongeveer acht miljard jaar met elkaar in botsing te komen.
Donkere energie en de toekomst
Het verhaal wordt vreemder omdat de uitbreiding niet constant is. In 1998 ontdekten astronomen dat de uitdijing versnelt, aangedreven door een mysterieuze kracht die donkere energie wordt genoemd. Als donkere energie zich op een bepaalde manier gedraagt, kan zelfs de ruimte binnen bepaalde gebieden uitdijen. Het meest extreme scenario, de ‘big rip’, suggereert dat uiteindelijk elke structuur – van sterrenstelsels tot moleculen – uit elkaar zal worden gescheurd door onstuitbare uitdijing.
De aard van donkere energie blijft echter onbekend. De grote scheur is slechts één mogelijk lot. De toekomst van het universum – en het lot van botsende sterrenstelsels – blijft onzeker.
Samenvattend botsen sterrenstelsels omdat de zwaartekracht lokaal nog steeds domineert en de uitdijing van het universum op kleinere schaal overheerst. Deze dynamische interactie tussen zwaartekracht en uitdijing zorgt ervoor dat structuren zich kunnen vormen, evolueren en uiteindelijk botsen, zelfs als de kosmos zich naar buiten blijft uitstrekken.
