面向世界科技前沿,面向國家重大需求,面向國民經濟主戰場,率先實現科學技術跨越發展,率先建成國家創新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

首頁 > 每日科學

科學家首次提出宇宙將在“大爆炸”里死去

2020-08-14 中國科學報 徐銳
【字體:

語音播報

藝術家對黑矮星的印象圖。圖片來源:MARK GARLICK

  是在爆炸中湮滅還是在沉默中死亡?天文學家長期以來一直在思考宇宙將如何終結。

  已知的物理定律表明,從現在起到大約10100年后,恒星將停止誕生、星系將變暗,甚至黑洞也將通過霍金輻射的過程蒸發,只留下簡單的亞原子粒子和能量??臻g的膨脹將使能量冷卻到接近0開爾文(絕對零度),這意味著宇宙的“熱死亡”和達到總熵。

  據《科學》報道,一項新研究顯示,在難以想象的遙遠未來,被稱為黑矮星的冰冷恒星殘余物質將開始爆發,形成一系列壯觀的超新星,釋放宇宙有史以來最后的“煙火”。這或許是宇宙在萬物永遠變暗前最后的“歡呼”。

  今年春天,美國伊利諾伊州立大學理論物理學家Matt Caplan在教授一門天體物理學課程時意識到,最后一組天體的命運從未被解釋過。在耗盡熱核燃料之后,像太陽這樣的低質量恒星不會以引人注目的超新星的形式出現,相反,它們會慢慢地脫落外層,留下一個地球大小的熾熱核心,即白矮星。

  “它們就像是從爐子上取下來的平底鍋,會越來越涼,基本上會永遠冷卻下去?!?Caplan說。

  白矮星通常不再產生能量,依靠一種叫做電子簡并壓力的力量抵抗重力崩潰。白矮星中的粒子被鎖在發射熱量的晶格中長達數萬億年之久,遠遠超過了宇宙目前的年齡。但最終,這些白矮星會逐漸冷卻,變成黑矮星。

  黑矮星缺乏驅動核反應的能量,所以它們內部很少發生核聚變反應。聚變需要帶電原子核克服強大的靜電斥力而合并。然而在很長一段時間內,量子力學允許粒子穿過能量屏障,這意味著盡管速度極低,聚變反應仍然可以發生。

  當硅和鎳等原子與鐵結合時,它們能夠產生正電子,即電子的反粒子。這些正電子會緩慢地摧毀黑矮星中心的一些電子,并削弱它的簡并壓力。對于質量約為太陽1.2至1.4倍的恒星(約占當今宇宙中所有恒星的1%)而言,這種減弱最終將導致災難性的引力崩潰,從而引發類似于更高質量恒星形成超新星的巨大爆發。Caplan在本月的英國《皇家天文學會月刊》上報道了這項研究。

  Caplan說,這種戲劇性的爆發將在101100年后開始發生,這一數字人類大腦幾乎無法理解。而這場爆發將持續到1032000年后。

  希望目睹這場宇宙最后“煙火”的時間旅行者恐怕會失望。因為到了這個時代,一種與引力相反的神秘物質——暗能量將把宇宙中的一切分割開,每一顆黑矮星都將被巨大的黑暗包圍,超新星甚至彼此間都無法觀測到。

  耶魯大學天體物理學家Gregory Laughlin稱贊這項研究是一個有趣的思維實驗,它允許科學家考慮在當前時代還沒有足夠時間展開的物理過程。

  不過,Laughlin也強調,任何有關遙遠未來的研究都不必太當真?!拔覀儗O為遙遠的未來的看法反映了目前的認識,而且這種看法會隨著時間的推移而改變?!?/p>

  相關論文信息:https://doi.org/10.1093/mnras/staa2262

打印 責任編輯:侯茜
  • “行云二號”成功驗證星間激光鏈路技術

掃一掃在手機打開當前頁

© 1996 - 中國科學院 版權所有 京ICP備05002857號 京公網安備110402500047號

地址:北京市三里河路52號 郵編:100864

電話: 86 10 68597114(總機) 86 10 68597289(值班室)

編輯部郵箱:casweb@cashq.ac.cn

  • 彩票大厅