gov-civil-vilareal.ptSupernove črnega škrata: zadnje eksplozije v vesolju
>Tukaj je vesela misel: vesolje se lahko konča v hipu in bang. Veliko šiška.
Izračune je opravil astrofizik kažejo, da bo vesolje v daljni prihodnosti imelo sekstilione predmetov črni palčki , in da lahko sčasoma eksplodirajo kot supernove . Pravzaprav lahko predstavljajo zadnje stvari, ki jih lahko naredi vesolje.
Toda to se še dolgo ne bo zgodilo. Zelo, zelo, zelo dolgo*. Tako dolgo bom imel težave pri iskanju, kako razložiti, kako dolgo bo trajalo. Prišel bom do tega - vaši možgani bodo ob tem obtoženi, obljubim - vendar se moramo najprej pogovoriti o zvezdah, jedrski fuziji in materiji.
Zvezde, kot je Sonce, sproščajo energijo saj v svojih jedrih zlivajo atome vodika v atome helija . To je zelo podobno načinu delovanja vodikove bombe, vendar v veliko večjem obsegu; Sonce odda približno ekvivalentno energijo sto milijard bomb z enim megatonom. Vsak drugič .
v imenu kralja zgodba o obleganju ječe
Na koncu vodika zmanjka. Potem se lahko zgodi veliko zapletenih stvari, odvisno od tega, kako velika je zvezda, kaj je v njej in še več . Toda za zvezde do približno 8 - 10 -kratne mase Sonca vse zunanje plasti odpihnejo in tako jedro izpostavijo vesolju; jedro, ki je postalo krogla materiala, zato pridejo v poštev stisnjena čudna pravila kvantne mehanike. Še vedno je sestavljeno iz atomskih jeder (kot so kisik, magnezij, neon in podobno) in elektronov, vendar so pod neverjetno tlaki, pri čemer se jedra skoraj dotikajo. Tak material imenujemo degenerirana snov , in sam predmet se imenuje beli pritlikavec .
Najbližji beli pritlikavec nam, Sirius B, ima maso Sonca, vendar velikost Zemlje. Za primerjavo, Sonce je več kot 100 -krat širše od Zemlje. Kredit: ESA in NASA
Za takšne zvezde je to skoraj konec poti. Vrsta fuzijskega procesa, v katerem so uživali milijarde let - termonuklearni fuzija, kjer so (zelo poenostavljeno) atomska jedra tako vroča, da se trčijo drug v drugega in se zlijejo - ne more več delovati. Beli škrat se rodi zelo vroč, na stotine tisoč stopinj Celzija, vendar se brez stalnega vira toplote začne hladiti.
Ta proces traja milijarde let. Beli pritlikavci, ki so nastali v zgodnjem vesolju, so šele zdaj dovolj hladni, da so vroči, okoli 4000 ° C.
Toda vesolje je mlado, staro le približno 14 milijard let. V zelo dolgih časovnih obdobjih se bodo ti beli palčki še dodatno ohladili. Sčasoma se bodo ohladili vse do skoraj absolutne ničle: -273 ° C. Če ne, bo to trajalo trilijone let kvadriljoni . Veliko dlje, kot je vesolje že obstajalo.
Toda takrat degenerirani snovi ne oddajajo svetlobe. Temne bodo, zato jih tudi kličemo črni palčki .
Torej je to to? Samo tam zunaj sedijo črni palčki, zamrznjeni, za vedno?
Umetniško delo, ki prikazuje črnega škrata v daljni prihodnosti; mrtva zvezda, ki je bila nekoč kot Sonce. To je nekoliko domišljijsko; do takrat, ko obstajajo črni palčki, bi morale biti mrtve tudi vse zvezde v vesolju. Kredit: Baperookamo / Wikimedia Commons / Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International
No, morda ne, in tukaj se stvari začnejo čuditi (ja, vem, že so čudne, ampak počakajte nekaj odstavkov). Trenutno fiziki menijo, da so protoni, eden najosnovnejših subatomskih delcev, lahko spontano razpade . V povprečju to traja zelo dolgo. Eksperimentalni dokazi so pokazali, da je lahko razpolovna doba protonov najmanj 103. 4leta. To je bilijon bilijona krat daljši od trenutne starosti vesolja.
Če je res, to pomeni, da bodo protoni znotraj atomskih jeder v črnih pritlikavcih razpadli. Če se to zgodi, potem po določenem času 1035ali več let bodo črni palčki ... izhlapeli. Uf. Odšel. Takrat bo ostalo le še gostejše nevtronske zvezde in črne luknje .
Umetniško delo, ki prikazuje magnetno polje, ki obdaja nevtronsko zvezdo. Kredit: Casey Reed / Penn State University
Toda razpad protona, čeprav ga predvideva trenutna teorija delcev, še ni opazen. Kaj pa protoni ne razpad? Kaj se potem zgodi s črnimi palčki?
Tam pride ta nov časopis . Izkazalo se je, da so pomembni še drugi učinki kvantne mehanike, na primer tuneliranje . Atomska jedra so obremenjena s protoni, ki imajo pozitiven naboj, zato se jedra medsebojno odbijajo. So pa zelo blizu skupaj v središču črnega škrata. Kvantna mehanika pravi, da lahko delci nenadoma skočijo v vesolje na zelo majhne razdalje (to je tunelski del in seveda je veliko bolj zapleteno kot moj preveč preprost povzetek tukaj), in če eno jedro skoči dovolj blizu drugega, kablam! Spojijo se, tvorijo jedro težjega elementa in sproščajo energijo.
To se razlikuje od termonuklearne fuzije, ki potrebuje veliko toplote. Ta vrsta sploh ne potrebuje toplote, vendar potrebuje res visoko gostoto, zato se imenuje piknojedrski zlitje ( ponosno v starogrščini pomeni gosto ).
Sčasoma se jedra v črnem pritlikavcu zelo počasi zlijejo. Sproščena toplota je minimalna, skupni učinek pa je, da se še bolj zgostijo. Tudi, kot pri normalnih zvezdah, jedra, ki se združijo, ustvarijo težja jedra, vse do železa.
To je problem . Učinki, ki zvezdo držijo proti njeni intenzivni gravitaciji, so tlaki degeneracije med elektroni. Ko poskušate zliti železo, poje elektrone. Če zadošča dovolj železovih varovalk, elektroni izginejo, z njimi gre tudi podpora za predmet in ta se zruši.
Umetniško delo supernove, supernove. Kredit: NASA/Dana Berry/Skyworks Digital
To se zgodi tudi z običajnimi zvezdami. Biti morajo precej masivni, več kot 8–10 -krat večji od mase Sonca (torej je jedro vsaj 1,5 -kratnik mase Sonca). Toda pri takšnih zvezdah se jedro nenadoma zruši, jedra se zdrobijo in tvorijo kroglo nevtronov, kar imenujemo nevtronska zvezda . S tem se sprosti tudi a veliko energije, ki ustvarja supernovo.
To se bo zgodilo tudi s črnimi palčki! Ko se nabere dovolj železa, se bodo tudi zrušili in eksplodirali, za seboj pa bo ostala nevtronska zvezda.
Toda piknonuklearna fuzija je boleče počasen proces. Koliko časa bo trajalo do nenadnega zloma in kablooieja?
Ja, prej sem obljubil, da bom razložil to številko. Za črne palčke z največjo maso, ki se najprej zrušijo, je povprečni čas, ki traja 101.100leta .
To je 10 do 1.100. stopnje. Izpisano je 1, ki mu sledi enajst sto nič.
Jaz ... nimam analog, koliko časa je to. Število je preveliko, da bi sploh imelo kakršen koli racionalen pomen za patetične kose mesa ali lobanj.
Resno, tukaj je zapisano:
Mislim, daj. 10^1100. moč izpisana. Zasluge: Phil Plait
To je a veliko nič. Prepričajte se, da imam pravilno številko.
Poskušal sem ga razčleniti na manjše enote, ki so smiselne, ampak daj. Eno največjih številk, ki smo jih poimenovali, je a googol , kar je 10100, ena, ki ji sledi 100 nič.
Zgornja številka je googolenajst, googol do 11. moči.
In to so črni palčki prvi . Najnižje mase trajajo veliko dlje.
Kako dolgo še? Nisem zelo vesel, da ste vprašali. Zrušijo se po približno 1032.000leta.
To ni tipkarska napaka. To je deset do dvaintridesettisoč. Eno z 32.000 ničlami .
OK potem.
Ugotovil bom, da je to za zvezde, ki se začnejo bolj masivne od Sonca. Zvezde, kot je naša, niso dovolj masivne, da bi sprožile pikno -jedrsko fuzijo - nimajo dovolj mase, da bi jedro stisnile v gostoto, potrebno za to - zato, ko se spremenijo v črne palčke, je to skoraj to. Po tem nič.
Ob predpostavki, da protoni ne razpadajo, bom še enkrat opozoril. Verjetno da, zato se morda vse skupaj samo igra s fiziko brez dejanskega izida, ki ga lahko vidimo (ne da se bomo tako ali tako približali). Ali pa se glede protonov motimo in v tisti nepredstavljivo daljni prihodnosti bo vesolje sestavljeno iz nevtronskih zvezd, črnih lukenj, majhnih črnih palčkov, kot je Sonce, in česa podobnega sekstilionu črnih palčkov, ki se bodo nekega dne zrušili in eksplodirali.
Simulacija tega, kako bi izgledala črna luknja s kolutom plina, ki se vrti okoli nje, glede na bizarne učinke njene hude gravitacije na svetlobo diska. Kredit: NASA -jev center vesoljskih letov Goddard/Jeremy Schnittman
Črne luknje, bom opazil, izhlapi tudi , zadnji od teh pa naj bi šel v manj kot googolskih letih. Če je tako, so lahko supernove črnega pritlikavca zadnji energijski dogodki, ki jih lahko ustvari vesolje. Po tem nič. Toplotna smrt. Neskončen mraz za neskončen čas.
Joj, še slabše je. Vesolje se širi, toda njegov del, ki ga vidimo, je opazno Vesolje se dejansko krči. To je povezano s temno energijo in pospešeno širitvijo vesolja, kar sem razložil drugje . Toda ko bodo črni palčki začeli eksplodirati, se bo vesolje, ki ga vidimo, skrčilo na velikost naše galaksije. No, kaj bo do takrat ostalo. Kvote so, da bodo črni palčki do takrat razpršeni tako daleč, da jih v opazovanem okviru sploh ne bomo.
To je odtrganje. Mislili bi, da bi se tako dolgo čakanje splačalo.
Zakaj bi torej vse to izračunali? Pravzaprav se mi zdi dobra ideja. Kot prvo, znanost ni nikoli zapravljena. Možno je, da je vse v redu.
Tudi dejanje izračuna bi lahko prineslo zanimive stranske rezultate, stvari, ki vplivajo na tukaj in zdaj, kar bi bilo mogoče opaziti (na primer razpad protonov). Lahko bi prišlo do neke oprijemljive koristi.
Ampak res, za moj denar je to dejanje spektakularne domišljije bistvo znanosti. Premaknite meje! Prekoračite meje! Vprašajte: 'Kaj sledi? Kaj se zgodi potem? ' To razširi naše meje, potisne nazaj naše omejitve in osvobodi možgane - v mejah znane fizike in matematike - za iskanje poti, ki so sicer neodkrite.
Iskanje resnice je lahko težka pot, vendar vodi do razumevanja in v tem je lepota.
* To je povezava do članka, ki ga je o tej temi napisal moj kolega iz SYFY WIRE Jeff Spry, ko se je prvič pojavil. Lepo povzame to, toda ko sem sam prebral članek, sem se želel poglobiti. Če sem iskren, bi lahko trikrat tako dolgo napisal članek na to temo. Tu se veliko dogaja.
