Жизнь Вселенной завершится грандиозным фейерверком

В невообразимо далеком будущем холодные звездные остатки, известные как черные карлики, начнут взрываться впечатляющей серией сверхновых, что станет последним фейерверком всех времен. Таков вывод нового исследования, которое утверждает, что Вселенная испытает серию взрывов, прежде чем все погаснет навсегда.

Астрономы давно задумались о конце Вселенной. Известные законы физики предполагают, что примерно через 10100 лет (первая цифра после 100 нулей) рождение звезд прекратится, галактики потемнеют, и даже черные дыры испарятся в результате процесса, известного как излучение Хокинга, оставляя мало больше, чем простые субатомные частицы и энергия. Расширение пространства охладит эту энергию почти до 0 кельвинов, или абсолютного нуля, сигнализируя о тепловой смерти Вселенной и полной энтропии.

Но, проводя этой весной уроки астрофизики, физик-теоретик Мэтт Каплан из Университета штата Иллинойс осознал, что судьба последней группы сущностей никогда не была объяснена.

После исчерпания своего термоядерного топлива звезды с малой массой, такие как Солнце, не вспыхивают драматическими сверхновыми; скорее, они медленно сбрасывают свои внешние слои и оставляют после себя раскаленное ядро ​​размером с Землю, известное как белый карлик.

"По сути, это сковороды, снятые с плиты", - говорит Каплан. Сокрушающий гравитационный вес белых карликов уравновешивается силой, называемой давлением вырождения электронов. Сожмите электроны вместе, и законы квантовой механики не позволят им занять одно и то же состояние, позволяя им отталкиваться и удерживать массу остатка.

Частицы белого карлика остаются запертыми в кристаллической решетке, которая излучает тепло в течение триллионов лет, что намного дольше, чем нынешний возраст Вселенной. Но со временем эти реликвии остывают и превращаются в черных карликов.

Поскольку черным карликам не хватает энергии для запуска ядерных реакций, внутри них мало что происходит. Для синтеза необходимы заряженные атомные ядра, чтобы преодолеть мощное электростатическое отталкивание и слиться.

Тем не менее, в течение долгих периодов времени квантовая механика позволяет частицам туннелировать через энергетические барьеры, а это означает, что синтез все еще может происходить, хотя и с чрезвычайно низкой скоростью. Когда атомы, такие как кремний и никель, соединяются с железом, они производят позитроны, античастицу электрона. Эти позитроны очень медленно разрушили бы часть электронов в центре черного карлика и ослабили бы его давление вырождения.

Для звезд, масса которых примерно в 1,2–1,4 раза больше массы Солнца - около 1% всех звезд во Вселенной сегодня - это ослабление в конечном итоге приведет к катастрофическому гравитационному коллапсу, который вызовет колоссальный взрыв, подобный сверхновым звездам с более высокой массой, сообщает Каплан.

Ученый говорит, что драматические взрывы начнут происходить примерно через 101100 лет, число, которое человеческий мозг едва ли может понять. Взрывы будут продолжаться до 103200 лет.

Фактически, Каплан показал, что к тому времени радиус наблюдаемой Вселенной вырастет примерно на е10 ^ 1100 (где «е» приблизительно равно 2,72), что намного больше, чем у любого из приведенных выше. "Это самое большое число, с которым мне когда-либо придется серьезно работать в своей карьере"», - говорит он.

Грегори Лафлин, астрофизик из Йельского университета, оценивает это исследование как забавный мысленный эксперимент. По его словам, ценность созерцания этих ошеломляющих временных масштабов заключается в том, что они позволяют ученым рассматривать физические процессы, которым не хватило времени, чтобы развернуться в нынешнюю эпоху.

Например, некоторые теории физики великого объединения предполагают, что протон в конечном итоге распадется. Это растворяет черные карлики Каплана задолго до того, как они взорвутся. Некоторые космологические модели выдвинули гипотезу о том, что Вселенная может схлопнуться обратно в себя в результате большого сжатия, что предотвратит финальное световое шоу.