gov-civil-vilareal.ptSort dværgsupernovaer: De sidste eksplosioner i universet
>Her er en glad tanke: Universet kan ende med et hvin og et brag. En masse pandehår.
Beregninger foretaget af en astrofysiker angiver, at universet i den fjerne fremtid vil have sekstioner af objekter kaldet sorte dværge , og at de til sidst kan eksplodere som supernovaer . Faktisk kan de repræsentere de allersidste ting, universet kan gøre.
Men det sker ikke i lang tid. Meget, meget, meget lang tid*. Så længe fra nu har jeg svært ved at finde ud af, hvordan jeg skal forklare, hvor lang tid det vil tage. Jeg kommer til det - din hjerne vil blive stampet fladt af det, jeg lover - men vi skal først tale lidt om stjerner og atomfusion og materie.
Stjerner som Solen frigiver energi da de smelter brintatomer til heliumatomer i deres kerner . Det ligner meget den måde, en brintbombe fungerer på, men i massivt større skala; solen udsender omtrent den ækvivalente energi til hundrede milliarder en-megaton bomber. Hver anden .
Til sidst løber brintet ud. En masse komplicerede ting kan ske derefter afhængigt af hvor massiv stjernen er, hvad der er i den og mere . Men for stjerner op til omkring 8 - 10 gange solens masse blæser de ydre lag alle væk og udsætter kernen for rummet; en kerne, der er blevet en kugle af materiale, så komprimerede underlige kvantemekaniske regler spiller ind. Det består stadig af atomkerner (som ilt, magnesium, neon og sådan) og elektroner, men de er under utrolig tryk, med kernerne praktisk talt rørende. Vi kalder sådan et materiale degenereret stof , og selve objektet kaldes en hvid dværg .
Den nærmeste hvide dværg til os, Sirius B, har Solens masse, men Jordens størrelse. Til sammenligning er Solen over 100 gange bredere end Jorden. Kredit: ESA og NASA
For stjerner som denne er det stort set enden på vejen. Den slags fusionsproces, de nød i milliarder af år - termonuklear fusion, hvor (enormt forenklet) atomkernerne er så varme, at de smækker ind i hinanden og smelter sammen - kan ikke fungere mere. Den hvide dværg er født meget varm, hundredtusinder af grader Celsius, men uden en igangværende varmekilde begynder den at afkøle.
Den proces tager milliarder af år. Hvide dværge, der blev dannet i det tidlige univers, er lige nu kølige nok til at være rødglødende, omkring 4.000 ° C.
Men Universet er ungt, kun omkring 14 milliarder år gammelt. Over meget lange perioder vil de hvide dværge køle yderligere af. Til sidst vil de køle helt ned til næsten det absolutte nul: -273 ° C. Det vil tage billioner af år, hvis ikke kvadrillioner . Meget meget længere end universet allerede har eksisteret.
tilbage til fremtiden 2 anmeldelse
Men på det tidspunkt vil de degenererede stofgenstande ikke udsende noget lys. De bliver mørke, og derfor kalder vi dem sorte dværge .
Så er det det? Bare sorte dværge, der sidder derude, frosne, for evigt?
Kunstværk, der skildrer en sort dværg i den fjerntliggende fremtid; en død stjerne, der engang var som solen. Dette er noget fantasifuldt; på det tidspunkt, hvor sorte dværge eksisterer, burde alle stjernerne i universet også være døde. Kredit: Baperookamo / Wikimedia Commons / Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International
Nå, måske ikke, og det er her tingene begynder at blive underlige (ja, jeg ved, de er allerede underlige, men bare vent et par afsnit). I øjeblikket mener fysikere, at protoner, en af de mest basale af subatomære partikler, kan forfalde spontant . I gennemsnit tager dette meget lang tid. Eksperimentelle beviser har vist, at protonhalveringstiden kan være mindst 103. 4flere år. Det er en billion billioner gange længere end universets nuværende alder.
Hvis det er sandt, betyder det, at protonerne inde i atomkernerne i de sorte dværge vil forfalde. Hvis de gør det, så efter et stykke tid, 1035eller flere år, vil de sorte dværge… fordampe. Poof. Væk. På det tidspunkt er alt, hvad der bliver tilbage, endnu tættere neutronstjerner og sorte huller .
Kunstværk, der viser magnetfeltet omkring en neutronstjerne. Kredit: Casey Reed / Penn State University
Men protonforfald, mens det forudsiges af den nuværende partikelteori, er endnu ikke blevet observeret. Hvad hvis protoner gør ikke henfald? Hvad sker der så med sorte dværge?
Det er her, det nye papir kommer ind . Det viser sig, at der er andre kvantemekaniske effekter, der bliver vigtige, som f.eks tunneling . Atomkerner er fyldt med protoner, som har en positiv ladning, så kernerne afviser hinanden. Men de er meget tæt på hinanden i midten af den sorte dværg. Kvantemekanik siger, at partikler pludselig kan hoppe i rummet meget små afstande (det er tunneldelen, og selvfølgelig det er langt mere kompliceret end min alt for enkle synopsis her), og hvis en kerne hopper tæt nok på en anden, kablam! De smelter sammen, danner en tungere elementkerne og frigiver energi.
Dette er anderledes end termonuklear fusion, som har brug for masser af varme. Denne slags behøver slet ikke varme, men den har brug for virkelig høj densitet, så det kaldes pyknuklear fusion ( stolt på oldgræsk betyder tæt ).
Over tid smelter kernerne inde i den sorte dværg meget langsomt. Varmen, der frigives, er minimal, men den samlede effekt er, at de bliver endnu tættere. Også, som i normale stjerner, skaber de kerner, der fusionerer, tungere kerner, op til jern.
Det er et problem . Virkningerne, der holder stjernen op mod sin egen intense tyngdekraft, er degenerationstryk mellem elektroner. Når du forsøger at smelte jern, æder det elektroner op. Hvis nok jernsikringer elektronerne forsvinder, går støtten til objektet med, og det falder sammen.
Kunstværk af en kernekollaps hypernova, en super-supernova. Kredit: NASA/Dana Berry/Skyworks Digital
Dette sker også med normale stjerner. De skal være ret massive, mere end 8-10 gange solens masse (så kernen er mindst 1,5 eller deromgang gange solens masse). Men for stjerner som dem falder kernen pludselig sammen, kernerne smadrer sammen og danner en kugle af neutroner, det vi kalder en neutronstjerne . Dette frigiver også en masse af energi, der skaber en supernova.
Dette vil også ske med sorte dværge! Når der opbygges nok jern, vil også de falde sammen og eksplodere og efterlade en neutronstjerne.
Men pyknuklear fusion er en smertefuld langsom proces. Hvor lang tid vil det tage før det pludselige sammenbrud og kablooie?
Ja, jeg lovede tidligere, at jeg ville forklare dette nummer. For den største masse sorte dværge, som først vil kollapse, er den gennemsnitlige tid, det tager, godt, 101.100flere år .
Det er 10 til 1.100. magt. Skrevet ud, det er en 1 efterfulgt af elleve hundrede nuller.
Jeg… Jeg har ingen analogier om hvor lang tid det er. Det er for stort et antal til endda at have nogen form for rationel betydning for de ynkelige kødkloder i eller kranier.
Jeg mener, seriøst, her er det skrevet:
Jeg mener, kom nu. 10^1100. magt skrevet ud. Kredit: Phil Plait
Det er en masse af nuller. Sørg for at jeg har fået nummeret rigtigt.
Jeg forsøgte at opdele det i mindre enheder, der giver mening, men kom nu. Et af de største tal, vi navngav, er a googol , hvilket er 10100, en efterfulgt af 100 nuller.
Tallet ovenfor er et googolelleve, en googol til den 11. magt.
Og det er de sorte dværge, der går først . De laveste masse tager meget længere tid.
Hvor meget længere? Jeg er ikke særlig glad for, at du spurgte. De falder sammen efter cirka 1032.000flere år.
Det er ikke en stavefejl. Det er ti til toogtredivindtusindste magt. En ener med 32.000 nuller efter det .
Ok så.
Jeg vil bemærke, at dette er for stjerner, der starter mere massivt end Solen. Stjerner som vores er ikke massive nok til at få gang i den pyknuklear fusion - de har ikke nok masse til at presse kernen ind i den tæthed, der er nødvendig for det - så når de bliver til sorte dværge, er det stort set det. Derefter intet.
Forudsat at protoner ikke forfalder, bemærker jeg igen. Det gør de sikkert, så måske er det bare at lege med fysik uden et reelt resultat, vi kan se (ikke det vil vi alligevel være i nærheden af). Eller måske tager vi fejl omkring protoner, og i den ufatteligt fjerne fremtid består universet af neutronstjerner, sorte huller, sorte dværge med lav masse som Solen og noget som en sekstion sorte dværge, der en dag vil kollapse og eksplodere.
hvad der skiftes ved fødselsbedømt
En simulering af, hvad et sort hul med en gasskive hvirvler rundt om ville se ud i betragtning af de bizarre virkninger af dens voldsomme tyngdekraft på lyset fra disken. Kredit: NASAs Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman
Sorte huller, vil jeg bemærke, fordampe også , og den sidste af dem skulle gå på mindre end et googolår. I så fald kan sorte dværgsupernovaer være de sidste energiske begivenheder, universet kan mønstre. Derefter intet. Varmedød. Uendelig kulde i uendelig tid.
Åh hej, det bliver værre. Universet udvider sig, men den del af det, vi kan se, det observerbar Universet, er faktisk ved at skrumpe. Dette har at gøre med mørk energi og den accelererede ekspansion af Universet, som jeg har forklaret andre steder . Men når de sorte dværge begynder at eksplodere, vil det univers, vi kan se, være skrumpet til størrelsen af vores egen galakse. Nå, hvad er der tilbage af det på det tidspunkt. Odds er, at de sorte dværge vil være spredt så langt på det tidspunkt, at vi der ikke engang vil være en i vores observerbare ramme.
Det er en rip-off. Du skulle tro, at hvis du venter så længe, ville der være en gevinst.
Så hvorfor gå gennem bevægelserne for at beregne alt dette? Jeg synes faktisk, det er en god idé. For det første er videnskab aldrig spildt. Det er muligt, at det hele kan være rigtigt.
Handlingen med at udføre beregningen kunne også give interessante bivirkninger, ting der har konsekvenser for her og nu, der kan være observerbare (som forfald af protoner). Der kan være en håndgribelig fordel.
Men virkelig, for mine penge, er denne spektakulære fantasi handling, hvad videnskaben handler om. Skub grænserne! Overskrid grænserne! Spørg: 'Hvad er det næste? Hvad sker der efter? ' Dette udvider vores grænser, skubber tilbage på vores begrænsninger og frigør hjernen - inden for grænserne for den kendte fysik og matematik - til at forfølge veje, der ellers er uopdaget.
At søge sandheden kan være en hård vej, men det fører til forståelse, og der er skønhed i det.
* Det linker til en artikel skrevet af min SYFY WIRE -kollega Jeff Spry om dette emne, da det først kom ud for et stykke tid siden. Han giver en god opsummering af det, men efter selv at have læst avisen ville jeg lave et dybere dyk. Og for at være ærlig, kunne jeg skrive en artikel tre gange så længe om dette emne. Der sker meget her.
