Наука10 март 2022

Краят на Вселената: гръм, трясък и грандиозно огнено шоу

Експлозиите ще продължат до 10 на 32000-на степен години след това...

Снимка: Wikimedia.org

В невъобразимо далечното бъдеще студените звездни остатъци, известни като черни джуджета, ще започнат да експлодират в грандиозна поредица от свръхнови, осигурявайки последните фойерверки на всички времена. Това е заключението на проучване от 2020 г., което твърди, че Вселената ще преживее едно последно "ура", преди всичко да потъмнее завинаги.

Астрономите отдавна разсъждават над въпроса кога и как ще настъпи краят на Космоса. Известните закони на физиката предполагат, че след около 10 на стотна степен години след това раждането на звезди ще спре, галактиките ще потъмнеят и дори черните дупки ще се изпарят чрез процес, известен като радиация на Хокинг, оставяйки само малко прости субатомни частици и енергия. Разширяването на пространството ще охлади тази енергия почти до 0 келвина или абсолютна нула, което сигнализира за топлинната смърт на Вселената и пълната ентропия.

Но според физика-теоретик Мат Каплан от Университета на Илинойс, съдбата на една последна група образувания никога не е била обяснена. След изчерпване на своето термоядрено гориво, звезди с ниска маса като Слънцето не се трансформират в драматични свръхнови. Те по-скоро бавно отхвърлят външните си слоеве и оставят след себе си изгарящо ядро с размерите на Земята, известно като бяло джудже.

„Те по същество са тигани, които са свалени от котлона“, казва Каплан. "Те ще се охлаждат, и охлаждат, и охлаждат...в един безкраен процес."

Смазващата гравитационна тежест на белите джуджета се уравновесява от сила, наречена налягане на електронно израждане. Стиснете електроните заедно на едно място и законите на квантовата механика ще им попречат да заемат едно и също състояние, което пък им позволява да се изтласкат назад и да задържат масата на остатъка.

Частиците в бялото джудже остават заключени в кристална решетка, която излъчва топлина в продължение на трилиони години, много по-дълго от сегашната възраст на Вселената. Но в крайна сметка тези реликви се охлаждат и се превръщат в черно джудже.

Тъй като на черните джуджета им липсва енергия за ядрени реакции, вътре в тях се случват малко събития. Сливането изисква заредени атомни ядра, за да могат да преодолеят мощното електростатично отблъскване и да се слеят. И все пак за дълги периоди от време квантовата механика позволява на частиците да тунелират през енергийни бариери, което означава, че синтезът все още може да се случи, макар и с изключително ниски скорости.

Звездите между приблизително 1,2 и 1,4 пъти масата на Слънцето - около 1% от всички звезди във Вселената днес - в крайна сметка ще изпаднат в катастрофален гравитационен колапс, който ще предизвиква колосален взрив, подобен на този при свръхновите на звездите с по-висока маса, съобщава Каплан.

Каплан казва, че драматичните детонации ще започнат да се случват след около 10 на хиляда и стотна степен, число, което човешкият мозък едва ли може да разбере. Необяснимото за човешкия мозък число 10 на стотна степен е известно като googol, така че 10 на степен 1100 би било googol googol googol googol googol googol googol googol googol googol googol години. Експлозиите ще продължат до 10 на степен 32 000 години след това...

Пътешественик във времето, който се надява да стане свидетел на това последно грандиозно космическо събитие, ще бъде разочарован. До началото на тази ера мистериозната субстанция, действаща в опозиция на гравитацията, наречена тъмна енергия, ще разбие всичко във Вселената толкова безостатъчно, че всяко отделно черно джудже ще бъде заобиколено от непрогледно дълбок мрак: свръхновите дори ще са невидими една за друга.

Грегъри Лафлин, астрофизик от Йейлския университет, хвали изследването като забавен мисловен експеримент. Полезното да се гледа напред, в тези умопомрачителни времеви мащаби е, че това позволява на учените да анализират физически процеси, които не са имали достатъчно време да се развият в настоящата ера, казва той.

„Мисля, че е важно да се подчертае, че всякакви разследвания на далечното бъдеще винаги са смешни“, казва Лафлин. „Нашите хипотези за изключително далечното бъдеще са отражение на нашето сегашно разбиране, а възгледите ни ще се променят с годините."

Например, някои от големите обединени теории на физиката предполагат, че протонът в крайна сметка ще се разпадне. Това би разтворило черните джуджета на Каплан много преди те да избухнат. И някои космологични модели предполагат, че Вселената може да се срине обратно в себе си в голяма криза, изключвайки финалното светлинно шоу.

Самият Каплан обича да наднича в далечното бъдеще. „Мисля, че нашето съзнание за собствената ни смъртност определено мотивира известно очарование от края на Вселената“ - казва той. „Винаги можете да се уверите, когато нещата се объркат, че няма да има значение, след като ентропията е максимална.“

Източник