科学家首次提出：宇宙将在“大爆炸”里死去

Daphane

来源：中国科学报


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。”