De temperatuur van het heelal tijdens de oerknal

De oerknaltheorie over het ontstaan ​​van het heelal is een logisch gevolg van de ontdekking van astronoom Edwin Hubble dat het heelal uitdijt. Als de uitdijing zou kunnen worden teruggedraaid, zou het hele universum op een bepaald moment samentrekken tot één enkel punt in de ruimte. Wetenschappers hebben de omstandigheden en temperatuur van het universum afgeleid op een tijdstip dat oneindig dicht bij deze singulariteit ligt, gebaseerd op waarnemingen van het huidige universum.

Een singulariteit is een gebied van ruimte-tijd waarin materie zo dicht op elkaar wordt gedrukt dat de zwaartekrachtswetten die door de algemene relativiteitstheorie worden verklaard, instorten. In een singulariteit is het volume van de ruimte nul en is de dichtheid oneindig. Een andere manier om dit te zeggen is dat de kromming van ruimte-tijd oneindig is. Wetenschappers geloven dat zo'n singulariteit bestaat in de kern van een zwart gat, dat optreedt wanneer een superzware zon het einde van zijn leven bereikt en implodeert. De algemene relativiteitstheorie vereist ook dat een dergelijke singulariteit bestaat aan het begin van een uitdijend heelal.

De oerknal is het moment waarop de oorspronkelijke singulariteit het universum werd. Gebaseerd op observaties van verre objecten en metingen van de kosmische achtergrondstraling, hebben wetenschappers hebben de temperatuur in de Planck-tijd afgeleid, dat is 10 miljoen biljoen biljoen biljoenste van een tweede. Op dat moment was de temperatuur 100 miljoen biljoen biljoen kelvin (180 miljoen biljoen biljoen graden Fahrenheit). Het universum onderging een periode van versnelde expansie die eindigde ruim voordat een seconde was verstreken. Tegen die tijd was het afgekoeld tot een temperatuur van 100 miljard kelvin (180 miljard graden Fahrenheit).

Ongeveer een seconde na de oerknal was het heelal ongeveer 400.000 keer zo dicht als water en was de temperatuur 10 miljard kelvin. Materie bestond voornamelijk uit protonen en neutronen. Na 13,8 seconden was de temperatuur gedaald tot 3 miljard kelvin en drie minuten en 45 seconden later was deze gedaald tot 1 miljard kelvin. Op dit punt begonnen de neutronen en protonen heliumkernen te vormen. De eerste atomen werden pas 700.000 jaar na de oerknal gevormd. Tegen die tijd was de temperatuur gedaald tot enkele duizenden kelvin, wat koel genoeg was voor protonen en elektronen om waterstofatomen te vormen.

Naast Hubble's ontdekking dat het heelal uitdijt, wat in de eerste plaats leidde tot de ontwikkeling van de oerknaltheorie, zijn er nog twee andere redenen om de theorie te accepteren. Een daarvan is dat het voorspelt dat het helium gevormd ten tijde van de oerknal 25 procent van de massa van het universum zou moeten uitmaken, wat astrofysici waarnemen. De andere is dat het voorspelt dat de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling -- de nagloed van de oerknal -- zou 3 graden boven het absolute nulpunt moeten zijn, en waarnemingen hebben ook bevestigde dit.