宇宙灭亡前的最后光芒,黑矮星超新星爆发,大概在10^1100年后

根据科学家的推测,我们的太阳就会进入到演化的末期。它的外壳会膨胀,变成一颗红巨星,而内核开始坍缩,最终留下一颗白矮星。
我们经常说白矮星是恒星留下的尸体,不过这个说法其实也并不非常严谨。虽然已经停止了内核的核聚变反应,但白矮星依然还有着非常高的温度和亮度。在漫长的岁月里,它会一点点失去自己的温度和光芒,沉寂成为一颗黑矮星。
在白矮星逐渐冷却的同时,宇宙中的黑洞也在不断蒸发着自己的物质。终有一天,所有的天体都变得冰冷而又暗淡。而且,随着宇宙的膨胀,物质和能量却又有限,它们将会距离越来越远,甚至1个秒差距(约3.26光年)的范围内都没有2个以上的原子,这样的密度也不可能再形成新的天体。这就是宇宙可能的结局之一:宇宙大热寂,这个结局无疑是非常黑暗的,不论是字面上还是比喻中。
不过,来自伊利诺伊州立大学的理论物理学家马特·卡普兰却指出:黑矮星也并不是真正的终点,它依然有自己的演化历程,甚至还会出现另外一种别致的超新星爆发,这才是宇宙最后的一点光芒。
卡普兰指出:“星系会分崩离析、黑洞会蒸发掉,宇宙的膨胀会将所有剩余的物质拉到天涯海角,以至于谁也看不到彼此的爆发。甚至从物理学上讲,连光都无法穿越这么远的距离。”但是,即便如此,宇宙中仍然还有一点点扑朔的光芒,那就是黑矮星超新星爆发。就像是已经了无生机的森林,没有任何动物的痕迹,只有几颗腐朽的老树偶尔倒下,宣示着它们曾经活过。
我们知道,超新星通常出现在大质量恒星死亡的时候,或者是白矮星通过吸积其他恒星的物质而重新点亮的时候。而卡普兰提出的这种黑矮星超新星,是科学家们此前从未想到过的。
这是因为,卡普兰所提出的理论,并不是普通的核聚变,而且在量子力学的世界所出现的一种特殊的聚变形式。他在最近的《英国皇家天文学会月刊》杂志上指出:这种特殊的聚变形式通常会非常漫长,但并非不会发生。
在量子力学领域,有一个非常神奇的现象——量子隧穿。在量子隧穿效应下,一些微观粒子可以违背经典力学的常识,穿越或穿入能量更高的位势垒。在黑矮星的内部,这种量子隧穿效应也会出现,偶尔导致原子核违背常理地自发聚合在一起。
不过,这对于黑矮星的要求也比较高,根据卡普兰的计算,它的质量需要达到太阳的1.2-1.4倍。也就是说,我们的太阳的质量虽然也能达到银河系前20%的水准,但依然不足以在死亡时甚至在变成黑矮星后出现超新星爆发。它会像目前宇宙中99%的正在燃烧的恒星一样,未来只能永远沉寂下去。只有1%的黑矮星,足够引发这样的量子隧穿效应。
一个粒子的量子隧穿效应不会造成任何改变,但是随着时间的推移,这个效应逐渐累积,最终就会发生质的改变,引发黑矮星超新星爆发。届时,最巨大的黑矮星将是最早爆发的,随后它们就像排着队一样,从大到小依次爆发。
不过要注意,即使是所谓的最早,其实也需要非常漫长的过程,这个时间远远超过你的想象。根据卡普兰的计算,第一颗黑矮星超新星将会在10^1100年后爆发,也就是1后面加上1100个0,亦即10000亿亿亿(一共137个“亿”)……年后。显然,没有任何人可能见证这个过程,这个数字甚至超过了黑洞蒸发的时间。
至于最后一颗黑矮星,将会在更遥远的未来才能消亡。卡普兰的计算结果显示,坚守到最后的那颗黑矮星大概会在10^3200年后爆发,这是整个宇宙的最后一抹微光。从此,宇宙将会彻底陷于沉寂,除非还有新的理论被发现,否则看样子,那个时候的宇宙将进入永远的黑夜。
卡普兰说:“很难想象此后还会有什么事发生,黑矮星超新星也许就是这个宇宙发生的最后一件值得称道的事,它们大概就是历史上最后的超新星吧。”
可惜的是,我们现在也没有办法验证卡普兰的说法。毕竟,别说是黑矮星超新星,就连黑矮星我们也没有见过。这不是我们观测的能力不足,而是因为宇宙中目前还没有黑矮星出现。想要让白矮星冷却成为黑矮星,是一个非常漫长的过程。
根据科学家的计算,白矮星降温变成黑矮星可能需要1万亿年甚至更久。而我们的宇宙,才只有不到140亿年的岁月。因此,“科学家根本不指望现在的宇宙有黑矮星的出现,即使是已知最古老的白矮星,现在仍然闪耀着光芒。”因此,别说是黑矮星爆发,就连黑矮星本身,我们都无法看到。
也许,科学家们可以通过模拟等手段来实现这个过程,让我们见识到宇宙最后的一次轰轰烈烈的爆发。或者,我们也可以寄希望于宇宙还有另外的结局。如果宇宙未来会收缩或者出现大撕裂等结局,或许黑矮星们也坚持不到爆发的那一天。
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