科學家首次提出：宇宙將在「大爆炸」裡死去

2020-08-14 南瓜資訊社

來源：中國科學報

藝術家對黑矮星的印象圖。圖片來源：MARK GARLICK

是在爆炸中湮滅還是在沉默中死亡？天文學家長期以來一直在思考宇宙將如何終結。

已知的物理定律表明，從現在起到大約10100年後，恆星將停止誕生、星系將變暗，甚至黑洞也將通過霍金輻射的過程蒸發，只留下簡單的亞原子粒子和能量。

空間的膨脹將使能量冷卻到接近0開爾文（絕對零度），這意味著宇宙的「熱死亡」和達到總熵。

據《科學》報導，一項新研究顯示，在難以想像的遙遠未來，被稱為黑矮星的冰冷恆星殘餘物質將開始爆發，形成一系列壯觀的超新星，釋放宇宙有史以來最後的「煙火」。這或許是宇宙在萬物永遠變暗前最後的「歡呼」。

今年春天，美國伊利諾州立大學理論物理學家Matt Caplan在教授一門天體物理學課程時意識到，最後一組天體的命運從未被解釋過。

在耗盡熱核燃料之後，像太陽這樣的低質量恆星不會以引人注目的超新星的形式出現，相反，它們會慢慢地脫落外層，留下一個地球大小的熾熱核心，即白矮星。

「它們就像是從爐子上取下來的平底鍋，會越來越涼，基本上會永遠冷卻下去。」 Caplan說。

白矮星通常不再產生能量，依靠一種叫做電子簡併壓力的力量抵抗重力崩潰。白矮星中的粒子被鎖在發射熱量的晶格中長達數萬億年之久，遠遠超過了宇宙目前的年齡。但最終，這些白矮星會逐漸冷卻，變成黑矮星。

黑矮星缺乏驅動核反應的能量，所以它們內部很少發生核聚變反應。聚變需要帶電原子核克服強大的靜電斥力而合併。

然而在很長一段時間內，量子力學允許粒子穿過能量屏障，這意味著儘管速度極低，聚變反應仍然可以發生。

當矽和鎳等原子與鐵結合時，它們能夠產生正電子，即電子的反粒子。這些正電子會緩慢地摧毀黑矮星中心的一些電子，並削弱它的簡併壓力。

對於質量約為太陽1.2至1.4倍的恆星（約佔當今宇宙中所有恆星的1%）而言，這種減弱最終將導致災難性的引力崩潰，從而引發類似於更高質量恆星形成超新星的巨大爆發。

Caplan在本月的英國《皇家天文學會月刊》上報導了這項研究。

Caplan說，這種戲劇性的爆發將在101100年後開始發生，這一數字人類大腦幾乎無法理解。而這場爆發將持續到1032000年後。

希望目睹這場宇宙最後「煙火」的時間旅行者恐怕會失望。因為到了這個時代，一種與引力相反的神秘物質——暗能量將把宇宙中的一切分割開，每一顆黑矮星都將被巨大的黑暗包圍，超新星甚至彼此間都無法觀測到。

耶魯大學天體物理學家Gregory Laughlin稱讚這項研究是一個有趣的思維實驗，它允許科學家考慮在當前時代還沒有足夠時間展開的物理過程。

不過，Laughlin也強調，任何有關遙遠未來的研究都不必太當真。「我們對極為遙遠的未來的看法反映了目前的認識，而且這種看法會隨著時間的推移而改變。」

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