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科学家首次提出:宇宙将在“大爆炸”里死去

发布时间:2020-08-22 22:15:05 来源:未知 作者:-1
已知的物理定律表明,从现在起到大约10100年后,恒星将停止诞生、星系将变暗,甚至黑洞也将通过霍金辐射的过程蒸发,只留下简单的亚原子粒子和能量。

艺术家对黑矮星的印象图

艺术家对黑矮星的印象图。图片来源:MARK GARLICK

是在爆炸中湮灭还是在沉默中死亡?天文学家长期以来一直在思考宇宙将如何终结。

已知的物理定律表明,从现在起到大约10100年后,恒星将停止诞生、星系将变暗,甚至黑洞也将通过霍金辐射的过程蒸发,只留下简单的亚原子粒子和能量。

空间的膨胀将使能量冷却到接近0开尔文(绝对零度),这意味着宇宙的“热死亡”和达到总熵。

据《科学》报道,一项新研究显示,在难以想象的遥远未来,被称为黑矮星的冰冷恒星残余物质将开始爆发,形成一系列壮观的超新星,释放宇宙有史以来最后的“烟火”。这或许是宇宙在万物永远变暗前最后的“欢呼”。

今年春天,美国伊利诺伊州立大学理论物理学家Matt Caplan在教授一门天体物理学课程时意识到,最后一组天体的命运从未被解释过。

在耗尽热核燃料之后,像太阳这样的低质量恒星不会以引人注目的超新星的形式出现,相反,它们会慢慢地脱落外层,留下一个地球大小的炽热核心,即白矮星。

“它们就像是从炉子上取下来的平底锅,会越来越凉,基本上会永远冷却下去。” Caplan说。

白矮星通常不再产生能量,依靠一种叫做电子简并压力的力量抵抗重力崩溃。白矮星中的粒子被锁在发射热量的晶格中长达数万亿年之久,远远超过了宇宙目前的年龄。但最终,这些白矮星会逐渐冷却,变成黑矮星。

黑矮星缺乏驱动核反应的能量,所以它们内部很少发生核聚变反应。聚变需要带电原子核克服强大的静电斥力而合并。

然而在很长一段时间内,量子力学允许粒子穿过能量屏障,这意味着尽管速度极低,聚变反应仍然可以发生。

当硅和镍等原子与铁结合时,它们能够产生正电子,即电子的反粒子。这些正电子会缓慢地摧毁黑矮星中心的一些电子,并削弱它的简并压力。

对于质量约为太阳1.2至1.4倍的恒星(约占当今宇宙中所有恒星的1%)而言,这种减弱最终将导致灾难性的引力崩溃,从而引发类似于更高质量恒星形成超新星的巨大爆发。

Caplan在本月的英国《皇家天文学会月刊》上报道了这项研究。

Caplan说,这种戏剧性的爆发将在101100年后开始发生,这一数字人类大脑几乎无法理解。而这场爆发将持续到1032000年后。

希望目睹这场宇宙最后“烟火”的时间旅行者恐怕会失望。因为到了这个时代,一种与引力相反的神秘物质——暗能量将把宇宙中的一切分割开,每一颗黑矮星都将被巨大的黑暗包围,超新星甚至彼此间都无法观测到。

耶鲁大学天体物理学家Gregory Laughlin称赞这项研究是一个有趣的思维实验,它允许科学家考虑在当前时代还没有足够时间展开的物理过程。

不过,Laughlin也强调,任何有关遥远未来的研究都不必太当真。“我们对极为遥远的未来的看法反映了目前的认识,而且这种看法会随着时间的推移而改变。”

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