黑矮星最後會變成什麼?科學家模擬10^32000年後黑矮星爆炸坍縮

2020-12-03 關注未來世界

#科學了不起#

宇宙最終的命運是什麼?是經歷一場華麗的爆炸然後歸於沉寂,還是默默地陷入一片漆黑?物理學家喜歡藉助計算機模擬來提前揭曉答案。

宇宙中有一股與引力相反的神秘力量——暗能量,它擅長把宇宙分割開,如此推算,未來每顆天體都會很孤單,即使是最亮的超新星也互相看不到對方。因為物質越來越稀薄,所以大約10^100年後,宇宙中將不再誕生新的恆星,璀璨閃耀的星系將逐漸變暗,就連黑洞也得餓著肚子,在漫長的霍金輻射蒸發之後只剩下一些亞原子粒子和能量。宇宙空間的膨脹使各個局部的能量冷卻,最終將接近絕對零度(0開爾文),整個宇宙的熵(有序或無序的程度)也達到極致。

像太陽這樣的恆星,現在發光發熱的狀態通常稱為「主序星」。太陽內部的核聚變已經進行了50億年,未來還能持續50-70億年。當核聚變的燃料耗盡之後,它會變成一顆安靜的、緻密的、像地球一樣大小的「白矮星」。「白矮星」是宇宙中常見的一類天體,比較有代表性的是天狼星B,它跟太陽差不多重,跟地球差不多大,發出幽藍色的光。

「白矮星」的內部仍有活動,也可以向外輻射能量、發光,只是並不像太陽「主序星」階段這麼亮。「白矮星」的密度這麼高,之所以沒有進一步坍縮,是因為內部有一種叫做「電子簡併壓力」的力量。白矮星中的各種粒子長期被鎖在緻密的晶格中,可以穩定數萬億年。但 「白矮星」仍不是太陽的最終歸宿,大約10^1100年後,它會變成一顆「黑矮星「。

「黑矮星」比白矮星更安靜,能量更低,但它只是表面看起來安靜。近期,英國《皇家地理學會月刊》報導,Caplan等科學家提出,在10^32000年後,黑矮星中的粒子會藉助極為緩慢的核聚變反應重新整合,比如,矽和鎳等原子與鐵結合時,產生正電子,正電子會削弱「電子簡併壓力」。當「電子簡併壓力」無法抵擋引力時,「黑矮星」就會爆炸和進一步坍縮。

結語

為了揭曉恆星最終的歸宿,科學家基於物理學目前的理論和認知,藉助計算機開展了一場有趣的思維實驗。未來隨著科技的發展,人們看待宇宙的視野將越來越清晰。

參考資料:Black Dwarf Supernova in the Far Future, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 2020.

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