Der Physiker sagt „schwarze Supernovae“ als letzten Lebensimpuls im Universum voraus. Wie wird unser Kosmos enden? – Scinexx

Dunkel und leer: In ferner Zukunft wird unser Kosmos nur noch aus Schwarzen Löchern und toten Überresten von Sternen bestehen. Ein Physiker hat nun untersucht, was dann passiert. Dementsprechend kühlen die weißen Zwerge zuerst zu kalten und dunklen „schwarzen Zwergen“ ab. Davon hat etwa ein Prozent genug Masse, um bei einer endgültigen Explosion zu verbrennen – aber das wird erst am 10. sein¹¹⁰⁰ Jahre werden passieren.

Unser Universum wurde um 13,8 Milliarden im gebildet Urknall und hat sich seitdem erweitert – die Bewegungen der Galaxien und der kosmische Hintergrundstrahlung. Nach der Volkstheorie unterscheidet sich dies von der rätselhaften Dunkle Energie die getriebene kosmische Expansion fortzusetzen und zu beschleunigen. Infolgedessen werden die Dichte der Materie und die Temperatur weiter abnehmen – der Kosmos wird leer und kalt.

„In den nächsten 100 Billionen Jahren werden fast alle Sterne ihren Fusionsbrennstoff verbraucht haben und zu entarteten weißen Zwergen werden“, erklärt Matt Caplan, theoretischer Physiker der Illinois State University. „Das Universum wird dann größtenteils aus Schwarzen Löchern und ausgebrannten Sternen bestehen. Es wird ein trauriger, einsamer, kalter Ort sein. „“

Kriechende Transformation

Aber was passiert dann? Nach populärer Theorie kühlen die weißen Zwerge weiter ab, bis sie kristallisieren und schließlich auf die Hintergrundtemperatur abkühlen. Aber wie Caplan erklärt, gibt es eine andere Möglichkeit. Die Kernfusion in diesen „schwarzen Zwergen“ ist weitgehend erloschen, aber selbst in ihnen können Atome aufgrund des Phänomens des Quantentunnelns gelegentlich ihre Abstoßung und Verschmelzung überwinden.

Diese sogenannte pyconukleare Fusionsreaktion bewirkt, dass sich die Zusammensetzung der Sternreste im Laufe der Zeit ändert. Die kriechende Fusion verschmilzt Silizium, Kohlenstoff und Sauerstoff zu schwereren Elementen, bis schließlich – nach der immensen Zeit von etwa 10¹¹⁰⁰ Jahre – das Isotop Eisen-56 reichert sich im Kern der Zwerge an. Bei seiner Bildung emittiert es jedoch Positronen, die den Kern des restlichen Sterns destabilisieren, wie Caplan erklärt.

Wenn schwarze Zwerge explodieren

Das Ergebnis: Der Kern der schwarzen Zwerge bricht zusammen und es kommt zu einer Explosion. „Wir schätzen, dass eines Tages etwa ein Prozent der heutigen Billionen Sterne zusammenbrechen und zu einer Supernova werden“, sagt Caplan. Denn wie er festgestellt hat, erfüllen nur diese schwarzen Zwerge die notwendigen Anforderungen für eine solche „schwarze Supernova“, die zwischen dem 1,2- und 1,4-fachen der Sonnenmasse liegt. Nur in ihnen führt Eisen-56 zu einer tödlichen Destabilisierung.

Im Gegensatz dazu bleiben alle helleren Sterne schwarze Zwerge, die wie tote, kalte Relikte umkreisen. „Unsere Sonne hat nicht genug Masse, um als Supernova zu explodieren – auch nicht in ferner Zukunft“, sagt der Forscher. „Du könntest die ganze Sonne in Eisen verwandeln und trotzdem passiert nichts.“

Das letzte „Heulen“ des Kosmos

Und dann? Caplan schätzt, dass die schwarze Supernova-Phase in etwa 100 Billionen Jahren beginnen und für die unvorstellbaren 10 andauern wird³²⁰⁰⁰ Jahre werden sich hinziehen. Die massereichsten schwarzen Zwerge explodieren zuerst, dann die leichteren, bis schließlich nichts mehr übrig ist, was Energie oder Wärme abgeben kann. Dann ist das Universum für immer tot und still.

„Es ist schwer vorstellbar, dass danach etwas kommen könnte“, sagt der Physiker. „Die Supernovae der schwarzen Zwerge könnten wirklich das Letzte sein, was im Kosmos passiert.“ Zu diesem Zeitpunkt wird das Universum kaum etwas mit dem heutigen gemein haben: „Galaxien haben sich aufgelöst, Schwarze Löcher wurden zerstört und die Ausdehnung des Kosmos ist geblieben. Objekte werden so weit auseinandergezogen, dass selbst das Licht ihrer Explosion die anderen nicht beeinflusst. erreicht. „

Oder kommt ein „großer Sprung“?

Dieses Szenario ist jedoch nur eines der derzeit unter Physikern und Kosmologen diskutierten Szenarien. Nach der Hypothese von „Großer Sprung„Die kosmische Expansion kann abrupt rückgängig gemacht werden, lange bevor alle Prozesse abgeschlossen sind. Das Universum würde dann zusammenbrechen und in den Zustand des Urknalls zurückkehren. Dann könnte es eine weitere Erweiterung geben – eine Art Neustart unseres Kosmos.

Stattdessen gehen andere Hypothesen davon aus, dass subatomare Prozesse dazu führen, dass Kernbausteine ​​wie Protonen im Laufe der Zeit zerfallen. Dann würde sogar Materie am Ende des Kosmos nicht mehr existieren – und schwarze Zwerge würden sich lange vor ihrer Explosion auflösen. Wie unser Universum wirklich enden wird, ist daher vor allem eines: ein großes Geheimnis. (Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society, 2020; doi: 10.1093 / mnras / staa2262)

Quelle: Illinois State University

28. August 2020

– Nadja Podbregar