當今宇宙的終結方式:等所有黑矮星經歷爆炸,一切歸於虛無

作者 | 發布日期 2020 年 08 月 14 日 16:57 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


在我們想像不到的遙遠未來,當今宇宙終將消亡,天文學家設想過很多種結局,多數人都相信宇宙最後將不再具有任何能量、歸於死寂。不過伊利諾伊州立大學理論物理學家 Matt Caplan 最近提出一種景象,沉寂宇宙可能最後還會有幾場煙火秀,來自黑矮星經歷超新星爆發。

宇宙既誕生於大爆炸,也會死亡於大爆炸嗎?在宇宙終極命運中,有一個假說稱為「熱寂(Heat death of the universe)」,該理論認為宇宙最後將變得安靜、寒冷,不再有恆星活動、黑洞蒸發殆盡,沒有任何可以維持生命或物體運動的能量存在,一切歸於黑暗、死寂。

不過根據理論物理學家 Matt Caplan 發表在皇家天文學會月報(英語:Monthly Notices of the Royal Astronomical Society,MNRAS)的新論文,等宇宙中所有物體都死亡很久很久之後(恆星、中子星、黑洞等都不再具有能量),假想中的黑矮星(Black dwarf)可能才剛要迎來它自己的最終命運,引發類似超新星的爆炸,擾亂一池黑暗。

Matt Caplan 長期專注於研究白矮星演化最終去向,與大質量恆星最後演變成中子星或黑洞的途徑不同,白矮星由中、低質量恆星(比如太陽)演變而來,它們不會經歷超新星階段,而是恆星膨脹成紅巨星之後遺留下的殘骸,隨著時間推移,白矮星只會逐漸釋放熱量、逐漸變冷,當一顆白矮星的溫度低到不再能發出可以被偵測到的光或熱時,就成為一顆黑矮星。

不過經天文學家計算,白矮星要達到黑矮星狀態所需時間遠遠大於 137 億年,連迄今為止已知最年老的白矮星依然輻射數千度 K 的溫度,也就是說,當今宇宙還不可能有黑矮星的存在。

特別的是,黑矮星溫度雖然低到彷彿冬眠,實則內部核反應並未完全停止,原本核反應的產生需要靠核力克服庫侖斥力,但量子力學允許粒子穿過高能屏障(即量子穿隧效應),這代表黑矮星內部仍可發生核反應,只是效率非常緩慢。

Matt Caplan 指出,第一顆黑矮星的爆炸將於 10 1100 年後發生(別想了,是人腦沒有概念的數字),最後一顆黑矮星爆炸則發生在約 10 32000 年後,且每場爆炸都可能只是孤單的個人煙火秀——屆時,暗能量已使可觀測宇宙的半徑膨脹到 e 10^1100 (e 為數學常數),以至於每顆黑矮星周遭只有無窮無盡的黑暗,僅存的天體彼此之間已都無法相互觀測到,是真正的孤獨。

等所有黑矮星全數經歷爆炸,宇宙就真的變得一無所有了,不會再有任何變化和活動,一切歸於虛無;至於最後是否會經歷另一種大爆炸、甚至形成另一個新宇宙,那又是另一場理論鬥爭了。

(首圖來源:NASA

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