gov-civil-vilareal.ptMusta kääpiö supernova: maailmankaikkeuden viimeiset räjähdykset
>Tässä on iloinen ajatus: maailmankaikkeus voi päättyä huokaukseen ja paukkua. Paljon otsatukka.
Astrofysiikan laskelmat osoittavat, että kaukana tulevaisuudessa maailmankaikkeudella on sekstiljoonia esineitä, joita kutsutaan mustia kääpiöitä ja että lopulta ne voivat räjähtää kuin supernovat . Itse asiassa ne voivat edustaa viimeisiä asioita, joita maailmankaikkeus voi tehdä.
Mutta tätä ei tapahdu pitkään aikaan. Hyvin, hyvin, hyvin kauan*. Niin kauan tästä lähtien minulla on vaikeuksia selvittää, kuinka selittää kuinka kauan se kestää. Minä pääsen asiaan - lupaan - aivosi tukahduttavat sen - mutta meidän on ensin puhuttava hiukan tähdistä, ydinfuusiosta ja aineesta.
Auringon kaltaiset tähdet vapauttavat energiaa kun ne sulattavat vetyatomeja ytimessä oleviin heliumiatomeihin . Se on hyvin paljon tapaa, jolla vetypommi toimii, mutta massiivisesti laajemmassa mittakaavassa; Aurinko tuottaa noin sata miljardia yhden megatonnin pommeja. Joka toinen .
Lopulta vety loppuu. Silloin voi tapahtua paljon monimutkaisia asioita riippuen siitä, kuinka suuri tähti on, mitä siinä on ja paljon muuta . Mutta tähdille, jotka ovat jopa noin 8–10 -kertaisia Auringon massaan nähden, ulommat kerrokset puhaltavat pois ja altistavat ytimen avaruudelle; ydin, josta on tullut materiaalipallo, joten pakatut outot kvanttimekaniikan säännöt tulevat peliin. Se koostuu edelleen atomiytimistä (kuten hapesta, magnesiumista, neonista ja vastaavista) ja elektroneista, mutta ne ovat alle uskomaton paineet, jolloin ytimet koskettavat käytännössä. Kutsumme tällaista materiaalia rappeutunut asia ja itse kohdetta kutsutaan valkoiseksi kääpiöksi .
Lähin valkoinen kääpiö, Sirius B, on Auringon massa, mutta Maan kokoinen. Vertailun vuoksi aurinko on yli 100 kertaa leveämpi kuin maa. Luotto: ESA ja NASA
Tällaisille tähdille tämä on melkein tien loppu. Sellainen fuusioprosessi, josta he nauttivat miljardeja vuosia - ydinvoima fuusio, jossa (valtavasti yksinkertaistettuna) atomin ytimet ovat niin kuumia, että ne törmäävät toisiinsa ja sulautuvat yhteen - eivät voi enää toimia. Valkoinen kääpiö syntyy erittäin kuumana, satoja tuhansia celsiusasteita, mutta ilman jatkuvaa lämmönlähdettä se alkaa jäähtyä.
Tämä prosessi kestää miljardeja vuosia. Varhaisessa maailmankaikkeudessa muodostuneet valkoiset kääpiöt ovat juuri nyt tarpeeksi viileitä ollakseen punaisia, noin 4000 ° C.
Mutta maailmankaikkeus on nuori, vain noin 14 miljardia vuotta vanha. Hyvin pitkiä aikoja nämä valkoiset kääpiöt jäähtyvät edelleen. Lopulta ne jäähtyvät lähes absoluuttiseen nollaan: -273 ° C. Se kestää miljardeja vuosia, jos ei quadrillions . Paljon kauemmin kuin maailmankaikkeus on jo olemassa.
Mutta siinä vaiheessa rappeutuneet aine -esineet eivät säteile valoa. Ne ovat pimeitä, minkä vuoksi kutsumme heitä mustia kääpiöitä .
Onko se sitten sitä? Vain mustia kääpiöitä istuu siellä, jäädytettynä, ikuisesti?
monty python ja Holy Graal terveen järjen media
Taideteos, joka kuvaa mustaa kääpiötä kaukaisessa tulevaisuudessa; kuollut tähti, joka oli kerran kuin aurinko. Tämä on hieman mielikuvitusta; siihen mennessä kun mustia kääpiöitä on olemassa, kaikkien maailmankaikkeuden tähtien pitäisi myös olla kuolleita. Luotto: Baperookamo / Wikimedia Commons / Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International
merkkejä exäsi on onneton
No, ehkä ei, ja tässä asiat alkavat muuttua oudoiksi (kyllä, tiedän, ne ovat jo outoja, mutta odota vain muutama kappale). Tällä hetkellä fyysikot ajattelevat, että protonit, yksi aliatomisista hiukkasista, voi hajota spontaanisti . Keskimäärin tämä kestää hyvin kauan. Kokeellinen näyttö on osoittanut, että protonin puoliintumisaika voi olla vähintään 103. 4vuotta. Se on biljoona biljoonaa kertaa kauemmin kuin maailmankaikkeuden nykyinen ikä.
Jos tämä on totta, se tarkoittaa, että mustien kääpiöiden atomien sisällä olevat protonit hajoavat. Jos he tekevät, niin jonkin ajan kuluttua, 1035tai enemmän vuosia, mustat kääpiöt… haihtuvat. Pöh. Mennyt. Siinä vaiheessa kaikki jäljellä oleva on vielä tiheämpää neutronitähdet ja mustat aukot .
Taideteos, joka kuvaa neutronitähteä ympäröivää magneettikenttää. Luotto: Casey Reed / Penn State University
Mutta protonin hajoamista, vaikka nykyinen hiukkasteoria ennustaa, ei ole vielä havaittu. Mitä jos protonit älä rappeutuminen? Mitä mustille kääpiöille sitten tapahtuu?
Siellä tämä uusi lehti tulee . On käynyt ilmi, että muitakin kvanttimekaniikan vaikutuksia tulee tärkeiksi, kuten tunnelointi . Atomiytimet ovat täynnä protoneja, joilla on positiivinen varaus, joten ytimet hylkivät toisiaan. Mutta he ovat hyvin lähellä toisiaan mustan kääpiön keskellä. Kvanttimekaniikka sanoo, että hiukkaset voivat yhtäkkiä hypätä avaruuteen hyvin pienillä etäisyyksillä (se on tunnelointiosa ja tietysti se on paljon monimutkaisempaa kuin liian yksinkertainen tiivistelmäni täällä), ja jos yksi ydin hyppää tarpeeksi lähelle toista, kablam! Ne sulautuvat, muodostavat raskaamman alkuytimen ja vapauttavat energiaa.
Tämä on eri asia kuin ydinfuusio, joka tarvitsee paljon lämpöä. Tämä ei tarvitse lämpöä ollenkaan, mutta se tarvitsee todella suurta tiheyttä, joten sitä kutsutaan pyknukleaarinen fuusio ( ylpeänä antiikin kreikassa tarkoittaa tiheä ).
Ajan myötä mustan kääpiön sisällä olevat ytimet sulautuvat hyvin hitaasti. Vapautuva lämpö on vähäistä, mutta kokonaisvaikutus on, että ne tiivistyvät entisestään. Myös tavallisten tähtien tapaan sulautuvat ytimet luovat raskaampia ytimiä, jopa rautaa.
Se on ongelma . Vaikutukset, jotka pitävät tähtiä vastaan sen voimakasta painovoimaa vastaan, ovat elektronien välisiä rappeutumispaineita. Kun yrität sulauttaa rautaa, se syö elektronit. Jos tarpeeksi rautaa sulake, elektronit häviävät, esineen tuki menee sen mukana ja se romahtaa.
Kuvitus ydinromahduksen hypernovasta, supersupernovasta. Luotto: NASA/Dana Berry/Skyworks Digital
Tämä tapahtuu myös tavallisilla tähdillä. Niiden on oltava melko massiivisia, yli 8–10 kertaa Auringon massa (joten ydin on vähintään 1,5 kertaa Auringon massa). Mutta tällaisten tähtien ydin romahtaa yhtäkkiä, ytimet rikkoutuvat yhteen ja muodostavat neutronipallon, jota kutsumme neutronitähti . Tämä vapauttaa myös a paljon energiaa ja luo supernovan.
Tämä tapahtuu myös mustien kääpiöiden kanssa! Kun rautaa kertyy tarpeeksi, myös ne romahtavat ja räjähtävät jättäen jälkeensä neutronitähden.
Mutta pyknukleaarinen fuusio on tuskallisen hidas prosessi. Kuinka kauan kestää ennen kuin äkillinen romahdus ja kablooie?
mökki metsässä vanhempien opas
Joo, lupasin aiemmin selittää tämän numeron. Suurimman massan mustille kääpiöille, jotka romahtavat ensin, keskimääräinen aika, joka kestää, on 101100vuotta .
Se on 10-1100. Kirjoitettu, se on 1, jota seuraa yksisataa nollaa.
Minä… minulla ei ole analogioita kuinka kauan se on. Se on liian valtava määrä, jotta sillä olisi edes mitään järkevää merkitystä säälittäville lihapalloille tai kalloille.
Tarkoitan vakavasti, tässä on kirjoitettu:
Tarkoitan, tule. 10^1100. teho kirjoitettu. Luotto: Phil Plait
Se on paljon nollasta. Varmista, että sain numeron oikein.
Yritin jakaa sen pienemmiksi yksiköiksi, joissa on järkeä, mutta c'mon. Yksi suurimmista nimistämme on a googol , joka on 10100, jota seuraa 100 nollaa.
Yllä oleva numero on googoliyksitoista, googoli 11. valtaan.
Ja ne mustat kääpiöt menevät ensimmäinen . Pienimmät massat kestävät paljon kauemmin.
Kuinka paljon pidempään? En ole kovin iloinen, että kysyit. Ne romahtavat noin kymmenen jälkeen32 000vuotta.
Se ei ole kirjoitusvirhe. Se on kymmenen ja kolmekymmentäkaksi tuhatta valtaa. Yksi 32 000 nollaa sen jälkeen .
Hyvä on.
Huomaan, että tämä koskee tähtiä, jotka alkavat enemmän kuin aurinko. Meidän kaltaiset tähdet eivät ole tarpeeksi massiivisia saadakseen pyknukleaarisen fuusion käyntiin - niillä ei ole tarpeeksi massaa puristamaan ydin tarvittavaan tiheyteen - joten kun ne muuttuvat mustiksi kääpiöiksi, se on melkein kaikki. Sen jälkeen ei mitään.
Olettaen, että protonit eivät hajoa, huomautan uudelleen. He luultavasti tekevät, joten ehkä tämä kaikki on vain leikkiä fysiikan kanssa ilman todellista tulosta, jonka voimme nähdä (ei sillä, että tulemme olemaan joka tapauksessa). Tai ehkä olemme väärässä protonien suhteen, ja tuossa käsittämättömän kaukana tulevaisuudessa maailmankaikkeus koostuu neutronitähdistä, mustista aukoista, pienen massan mustista kääpiöistä, kuten Auringosta, ja jotain sekstiljoonaa mustaa kääpiötä, jotka jonain päivänä romahtavat ja räjähtävät.
lego star wars yoda-kronikot
Simulaatio siitä, miltä musta aukko, jonka ympärillä pyörii kaasukiekko, näyttäisi, kun otetaan huomioon sen kovan painovoiman omituiset vaikutukset levyn valoon. Luotto: NASAn Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman
Mustia aukkoja, huomautan, myös haihduttaa , ja viimeisen niistä pitäisi mennä alle googolivuodessa. Jos näin on, niin musta kääpiö supernova voi olla viimeinen energinen tapahtuma, jonka maailmankaikkeus voi kerätä. Sen jälkeen ei mitään. Kuumuuden kuolema. Ääretön kylmä ääretön aika.
Hei, pahenee. Universumi laajenee, mutta osa siitä, jonka voimme nähdä, on havaittavissa Universumi, itse asiassa kutistuu. Tämä liittyy pimeään energiaan ja maailmankaikkeuden nopeutettuun laajentumiseen, minkä olen selittänyt muualla . Mutta kun mustat kääpiöt alkavat räjähtää, näkemämme universumi on kutistunut oman galaksimme kokoon. No mitä siitä sitten on jäljellä. On todennäköistä, että mustat kääpiöt ovat hajallaan niin pitkälle, että meitä ei ole edes havaittavassa kehyksessämme.
Se on huijaus. Luulisi, että niin kauan odottamisesta olisi jotain hyötyä.
Joten miksi käydä läpi liikkeet kaiken tämän laskemiseksi? Minusta se on oikeastaan hyvä idea. Ensinnäkin tiede ei koskaan mene hukkaan. On mahdollista, että tämä kaikki voi olla oikein.
Myös laskutoimitus voi tuottaa mielenkiintoisia sivutuloksia, asioita, joilla voi olla havaittavissa vaikutuksia tässä ja nyt (kuten protonien hajoaminen). Siitä voi olla jotain konkreettista hyötyä.
Mutta todellakin, rahoillani tämä näyttävä mielikuvitus on tieteen tarkoitus. Vedä rajoja! Ylittää rajat! Kysy: Mitä seuraavaksi? Mitä tapahtuu sen jälkeen? ' Tämä laajentaa rajojamme, työntää rajojamme ja vapauttaa aivot - tunnetun fysiikan ja matematiikan rajoissa - etsimään muita keinoja.
Totuuden etsiminen voi olla vaikea tie, mutta se johtaa ymmärrykseen, ja siinä on kauneutta.
* Tämä linkki artikkeliin, jonka SYFY WIRE -kollegani Jeff Spry kirjoitti tästä aiheesta, kun se ilmestyi jonkin aikaa sitten. Hän antaa hyvän yhteenvedon siitä, mutta itse luettuani paperin halusin tehdä syvemmän sukelluksen. Ja ollakseni rehellinen, voisin kirjoittaa aiheesta kolme kertaa niin pitkän artikkelin. Täällä tapahtuu paljon.
