宇宙的死亡方式:黑矮星引發類似超新星的爆炸,最後歸於虛無!

2021-02-25 八兩科學

  宇宙大爆炸被認為是當今宇宙萬物與時間的開端,那宇宙有盡頭嗎?宇宙會像恆星一樣會隨時間推移慢慢消亡嗎?答案是肯定的。目前大多數科學家都相信宇宙會有終結的一天,只不過沒有人能目睹到這種在遙遠的將來發生的告別。發表於《皇家天文學會月報》的一份研究論文稱,宇宙中所有物體都死亡後,「黑矮星」將開始爆炸,引發類似超新星的爆炸,最後一切歸於虛無。

  天文學家長期以來一直在考慮宇宙最終終結的方式,因此也誕生了一個叫「熱寂」的假說,大概意思是宇宙最後會變得安靜、寒冷,不再有恆星活動、黑洞也會通過被霍金輻射蒸發殆盡,留下只不過是簡單的亞原子粒子和能量,沒有任何可以維持生命或物體運動的能量存在,結果一切歸於黑暗、死寂。

  但伊利諾州立大學理論物理學家馬特·卡普蘭(Matt Caplan)意識到,可能還有一種情況未考慮到,那就是白矮星。和大質量恆星最後演變成中子星或黑洞的結果不一樣,白矮星由中、低質量恆星演變而來,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。比如我們的太陽,在50億年後演變成紅巨星,之後變成白矮星。

  卡普蘭一直在研究白矮星最後會發生什麼,他認為白矮星隨著時間的推移會逐漸釋放熱量、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(Black dwarf)。不過白矮星釋放的熱量可達數萬億年,遠遠長於當前的宇宙年齡。據卡普蘭的計算顯示,一顆白矮星要變成黑矮星至少要137億年。換句話說,我們的宇宙在理論上還沒有黑矮星的誕生。

  根據卡普蘭的理論,白矮星即使變成了黑矮星,表面也不再發光發熱,但內部核反應並未完全停止。以目前的恆星理論,大質量恆星急劇死亡形成超新星爆炸,是因為內部的核反應在核心產生過量的鐵如毒液一樣堆積,最後觸發恆星坍塌形成超新星。而黑矮星雖然沒有能量進行核反應,內部猶如冬眠一樣沒有任何活動。不過量子力學可以允許粒子穿過高能屏障,這就意味著黑矮星內部仍可發生核反應,只是效率非常緩慢,而且概率極低。

  卡普蘭的模型顯示,第一顆黑矮星的爆炸將於10的1100次方年後發生,最後一顆黑矮星爆炸則發生在約10的32000次方年後。當然也不是所有的黑矮星都會爆炸,只有最大質量的黑矮星會爆炸,大約是太陽質量的1.2到1.4倍。但即便如此,宇宙中只要1%的恆星會變成黑矮星,黑矮星的數量也會達到10億兆顆。而在最大的黑矮星爆炸後,直到最後一顆爆炸,那時的宇宙可能確實是死寂而寂靜的。

  卡普蘭表示:「很難想像之後會發生什麼,黑矮星可能是宇宙中發生的最後一件有趣的事情。宇宙在一聲巨響中誕生,終結的方式也是一聲巨響,如同給自己的告別送上一場場煙火秀,最後一切歸於無窮無盡的黑暗和虛無。」「我成為一名物理學家的原因之一是我在考慮一個大問題:為什麼宇宙在這裡,它將如何結束?」

  另外有天體物理學家認為,宇宙大爆炸會不會是「前任」宇宙的大坍塌,最後當今宇宙也會消失於大坍塌。但這些東西是科學家耗盡所有想像力也無法解決的問題,畢竟太過遙遠,所以黑矮星只存在理論上。

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    事實上,根據計算一顆黑矮星的形成需要花費千萬億年的時間,但是目前我們的宇宙才140億歲,因此目前並不困難有任何黑矮星的存在。,它可能超新星爆炸、變成白矮星、或者成為黑洞,這主要是由恆星的質量所決定的。然後開始散發餘熱,最後開始變得冰冷、暗淡,也就是我們上面介紹到的黑矮星。
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    TS艾略特(TS Elliot)在他的著名詩中說:「這就是世界的終結方式,不是一聲巨響,而是一聲哀號。」 這些天來,科學家們認為宇宙的熱度正在減弱,但是一項新的理論分析預測,宇宙將以爆炸的黑矮星的形式呼吸其最終的喘息。
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    (宇宙目前的年齡僅有137億年左右。)  Polin也認為:「這超出了我們通常所使用的任何時間尺度。」不過,如果Caplan的結論是對的,這些爆炸將是宇宙陷入無盡黑暗之前最後的重大天文事件。在宇宙迷霧中穿行  恆星燃燒,靠的是在其內核中將氫聚變成為氦。
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