Tak kończy się wszechświat: nie jękiem, ale hukiem

W niewyobrażalnie odległej przyszłości zimne pozostałości gwiazd, znane jako czarne karły, zaczną eksplodować w spektakularnej serii supernowych, dostarczając ostatecznych fajerwerków wszechczasów. Takie są wnioski z nowych badań, które zakładają, że wszechświat doświadczy ostatniego hura, zanim wszystko na zawsze zgaśnie.

Astronomowie od dawna rozważali ostateczny koniec kosmosu. Znane prawa fizyki sugerują, że za około 10^100 (numer 1, po którym następuje 100 zer) lat od teraz, narodziny gwiazd ustaną, galaktyki pociemnieją, a nawet czarne dziury wyparują w procesie znanym jako promieniowanie Hawkinga, pozostawiając niewiele więcej niż proste cząstki subatomowe i energie. Rozszerzanie się przestrzeni schłodzi tę energię prawie do 0 kelwinów, czyli zera absolutnego, sygnalizując śmierć ciepła wszechświata i całkowitą entropię.

Ale kiedy tej wiosny, fizyk teoretyczny Matt Caplan z Illinois State University prowadził zajęcia z astrofizyki, zdał sobie sprawę, że los ostatniej grupy istot nigdy nie został wyjaśniony. Po wyczerpaniu paliwa termojądrowego gwiazdy o małej masie, takie jak Słońce, nie wyskoczą w postaci dramatycznych supernowych; raczej powoli zrzucą swoje zewnętrzne warstwy i pozostawią palący się rdzeń wielkości Ziemi znany jako biały karzeł.

„W zasadzie są to patelnie wyjęte z pieca” – mówi Caplan. „Będą się ochładzać, ochładzać i ochładzać w zasadzie na zawsze”.

Miażdżący ciężar grawitacyjny białych karłów jest równoważony przez siłę zwaną ciśnieniem degeneracji elektronów. Ściśnij elektrony razem, a prawa mechaniki kwantowej uniemożliwiają im zajęcie tego samego stanu, pozwalając im odpychać i utrzymywać masę pozostałości.

Cząsteczki białego karła pozostają zamknięte w krystalicznej sieci, która emituje ciepło przez tryliony lat, znacznie dłużej niż obecny wiek Wszechświata. Ale w końcu te relikty ostygną i staną się czarnym karłem.

Ponieważ czarne karły nie mają energii do napędzania reakcji jądrowych, niewiele się w nich dzieje. Fuzja wymaga naładowanych jąder atomowych, aby przezwyciężyć potężne odpychanie elektrostatyczne i scalanie. Jednak przez długi czas mechanika kwantowa pozwala cząstkom na tunelowanie przez bariery energetyczne, co oznacza, że ​​fuzja może nadal zachodzić, aczkolwiek z bardzo niską szybkością.

Kiedy atomy takie jak krzem i nikiel łączą się z żelazem, wytwarzają pozytony, antycząstkę elektronu. Te pozytony bardzo powoli zniszczyłyby część elektronów w centrum czarnego karła i osłabiłyby jego ciśnienie degeneracji. W przypadku gwiazd o masie od około 1,2 do 1,4 masy Słońca – około 1% wszystkich gwiazd we Wszechświecie – to osłabienie ostatecznie doprowadziłoby do katastrofalnej zapaści grawitacyjnej, która prowadzi do kolosalnej eksplozji podobnej do supernowych gwiazd o większej masie, informuje Caplan w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

Caplan mówi, że dramatyczne detonacje zaczną się pojawiać około 10^1100 lat od teraz, a jest to liczba, którą ludzki mózg ledwo może pojąć. Już niezgłębiona liczba 10^100 jest znana jako googol (liczba dziesięć do potęgi setnej), więc 10^1100 byłoby googol googol googol googol googol googol googol googol googol googol lat. Eksplozje trwałyby do 10^32 000 lat od teraz, co wymagałoby większości strony magazynu, aby przedstawić ją w podobny sposób.

Podróżnik w czasie mający nadzieję zobaczyć ten ostatni kosmiczny pokaz byłby rozczarowany. Na początku tej ery tajemnicza substancja działająca w opozycji do grawitacji, zwana ciemną energią, rozdzieli wszystko we wszechświecie tak bardzo, że każdy pojedynczy czarny karzeł byłby otoczony ogromną ciemnością: supernowe byłyby nawet dla siebie niezauważalne.

W rzeczywistości Caplan wykazał, że promień zauważalnego Wszechświata wzrośnie do tego czasu o około e^(10^1100) (gdzie „e” wynosi w przybliżeniu 2,72), co jest wartością znacznie większą niż obie podane powyżej. „To największa liczba, z jaką będę musiał poważnie pracować w swojej karierze” – mówi.

Gregory Laughlin, astrofizyk z Uniwersytetu Yale, chwali te badania jako zabawny eksperyment myślowy. Wartość rozważenia tych zadziwiających skal czasowych polega na tym, że pozwalają naukowcom rozważyć procesy fizyczne, które nie miały wystarczająco dużo czasu, aby się rozwinąć w obecnej erze.

Mimo to „Myślę, że ważne jest, aby podkreślić, że wszelkie dochodzenia dotyczące dalekiej przyszłości są z przymrużeniem oka” – mówi Laughlin. „Nasz pogląd na niezwykle odległą przyszłość jest odbiciem naszego obecnego rozumienia i będzie się zmieniać z roku na rok”.

Na przykład niektóre z wielkich, zunifikowanych teorii fizycznych sugerują, że proton w końcu ulegnie rozpadowi. Spowodowałoby to rozpuszczenie czarnych karłów Caplana na długo przed wybuchem. Niektóre modele kosmologiczne postawiły hipotezę, że Wszechświat może z powrotem zapaść się w sobie w wielkim kryzysie, wykluczając ostateczny pokaz świetlny.

Sam Caplan lubi spoglądać w odległą przyszłość. „Myślę, że świadomość naszej własnej śmiertelności zdecydowanie motywuje do fascynacji końcem wszechświata” – mówi. „Zawsze możesz się upewnić, że gdy coś pójdzie nie tak, nie będzie to miało znaczenia, gdy entropia zostanie zmaksymalizowana”.

Źródło: Adam Mann, doi: 10.1126 / science.abe2853 | Zdjęcie: Photo by ActionVance on Unsplash

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x