科學(xué)家首次提出:宇宙將在“大爆炸”里死去
發(fā)布時間:2020-08-14
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新研究顯示,在難以想象的遙遠(yuǎn)未來,被稱為黑矮星的冰冷恒星殘余物質(zhì)將開始爆發(fā),形成一系列壯觀的超新星,釋放宇宙有史以來最后的“煙火”。

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 藝術(shù)家對黑矮星的印象圖。圖片來源:MARK GARLICK 

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

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  已知的物理定律表明,從現(xiàn)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(fā),只留下簡單的亞原子粒子和能量。

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  空間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(dá)到總熵。

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  據(jù)《科學(xué)》報道,一項新研究顯示,在難以想象的遙遠(yuǎn)未來,被稱為黑矮星的冰冷恒星殘余物質(zhì)將開始爆發(fā),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(yuǎn)變暗前最后的“歡呼”。

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  今年春天,美國伊利諾伊州立大學(xué)理論物理學(xué)家Matt Caplan在教授一門天體物理學(xué)課程時意識到,最后一組天體的命運從未被解釋過。

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  在耗盡熱核燃料之后,像太陽這樣的低質(zhì)量恒星不會以引人注目的超新星的形式出現(xiàn),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。

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

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  白矮星通常不再產(chǎn)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(fā)射熱量的晶格中長達(dá)數(shù)萬億年之久,遠(yuǎn)遠(yuǎn)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。

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  黑矮星缺乏驅(qū)動核反應(yīng)的能量,所以它們內(nèi)部很少發(fā)生核聚變反應(yīng)。聚變需要帶電原子核克服強大的靜電斥力而合并。

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  然而在很長一段時間內(nèi),量子力學(xué)允許粒子穿過能量屏障,這意味著盡管速度極低,聚變反應(yīng)仍然可以發(fā)生。

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  當(dāng)硅和鎳等原子與鐵結(jié)合時,它們能夠產(chǎn)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。

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  對于質(zhì)量約為太陽1.2至1.4倍的恒星(約占當(dāng)今宇宙中所有恒星的1%)而言,這種減弱最終將導(dǎo)致災(zāi)難性的引力崩潰,從而引發(fā)類似于更高質(zhì)量恒星形成超新星的巨大爆發(fā)。

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  Caplan在本月的英國《皇家天文學(xué)會月刊》上報道了這項研究。

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  Caplan說,這種戲劇性的爆發(fā)將在101100年后開始發(fā)生,這一數(shù)字人類大腦幾乎無法理解。而這場爆發(fā)將持續(xù)到1032000年后。

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  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(zhì)——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。

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

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  不過,Laughlin也強調(diào),任何有關(guān)遙遠(yuǎn)未來的研究都不必太當(dāng)真?!拔覀儗O為遙遠(yuǎn)的未來的看法反映了目前的認(rèn)識,而且這種看法會隨著時間的推移而改變。”




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