gov-civil-vilareal.ptMusta kääbuse supernoovad: viimased plahvatused universumis
>Siin on rõõmus mõte: universum võib lõppeda vingumisega ja pauk. Palju pauku.
Arvutused tegi astrofüüsik näitavad, et kauges tulevikus on Universumil sekstiljoneid objekte, mida nimetatakse mustad päkapikud ja et lõpuks võivad nad plahvatada nagu supernoovad . Tegelikult võivad need esindada viimaseid asju, mida Universum saab teha.
Kuid seda ei juhtu kaua. Väga -väga -väga kaua*. Nii kaua on mul nüüd raske aru saada, kuidas seletada, kui kaua see kestab. Ma jõuan asjani - teie aju on sellest takerdunud, ma luban -, kuid kõigepealt peame natuke rääkima tähtedest, tuumasünteesist ja mateeriast.
Tähed nagu Päike eraldavad energiat kui nad sulandavad vesiniku aatomid oma südamikus heeliumi aatomiteks . See on väga sarnane vesinikupommi tööviisiga, kuid massiliselt suuremas ulatuses; Päike väljastab umbes saja miljardi ühe megatonnise pommi ekvivalentse energia. Iga teine .
Lõpuks saab vesinik otsa. Sõltuvalt sellest, kui massiivne täht on, mis selles on ja palju muud, võib juhtuda palju keerulisi asju . Kuid tähtede puhul, mis on kuni 8–10 korda Päikese massist suuremad, puhuvad kõik väliskihid minema, tuues tuuma kosmosesse; tuum, millest on saanud materjali pall, nii et mängu tulevad kokkusurutud imelikud kvantmehaanika reeglid. See koosneb endiselt aatomituumadest (nagu hapnik, magneesium, neoon jne) ja elektronidest, kuid need on all uskumatu rõhud, tuumad praktiliselt puudutavad. Me nimetame sellist materjali degenereerunud aine ja objekti ennast nimetatakse valgeks kääbuseks .
Meile lähim valge kääbus Sirius B on Päikese massiga, kuid Maa suurusega. Võrdluseks - Päike on Maast üle 100 korra laiem. Krediit: ESA ja NASA
Selliste tähtede jaoks on see peaaegu tee lõpp. Selline sulandumisprotsess, mida nad nautisid miljardeid aastaid - termotuuma termotuumasüntees, kus (tohutult lihtsustatult) on aatomituumad nii kuumad, et löövad üksteise sisse ja sulanduvad kokku - ei saa enam töötada. Valge kääbus sünnib väga kuumalt, sadu tuhandeid kraadi Celsiuse järgi, kuid ilma pideva soojusallikata hakkab see jahtuma.
See protsess võtab miljardeid aastaid. Varases universumis tekkinud valged kääbused on just praegu piisavalt jahedad, et olla punased, umbes 4000 ° C.
Kuid Universum on noor, vaid umbes 14 miljardit aastat vana. Väga pika aja jooksul jahtuvad need valged kääbused veelgi. Lõpuks jahtuvad nad peaaegu absoluutse nullini: -273 ° C. See võtab triljoneid aastaid, kui mitte kvadriljoneid . Palju kauem kui universum on juba eksisteerinud.
Kuid sel hetkel ei eralda degenereerunud aineobjektid valgust. Nad muutuvad pimedaks, mistõttu me kutsume neid mustad päkapikud .
Kas see on siis nii? Lihtsalt mustad kääbused, kes istuvad seal, külmunud, igavesti?
Kunstiteos, mis kujutab musta kääbust kauges tulevikus; surnud täht, mis kunagi oli nagu Päike. See on mõnevõrra väljamõeldud; selleks ajaks, kui mustad kääbused eksisteerivad, peaksid ka kõik Universumi tähed olema surnud. Krediit: Baperookamo / Wikimedia Commons / Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International
Noh, võib -olla mitte, ja siin hakkavad asjad imelikuks muutuma (jah, ma tean, need on juba imelikud, aga lihtsalt oodake paar lõiku). Praegu arvavad füüsikud, et prootonid, mis on üks põhilisemaid subatomilisi osakesi, võib spontaanselt laguneda . Keskmiselt võtab see väga kaua aega. Eksperimentaalsed tõendid on näidanud, et prootoni poolväärtusaeg võib olla vähemalt 103. 4aastat. See on triljon triljonit korda kauem kui praegune Universumi vanus.
Kui see on tõsi, tähendab see, et mustade kääbuste aatomituumade sees olevad prootonid lagunevad. Kui nad seda teevad, siis mõne aja pärast, 1035või rohkem aastaid, mustad kääbused aurustuvad. Naljakas. Läinud. Sel hetkel on kõik, mis järele jääb, veelgi tihedam neutronitähed ja mustad augud .
Kunstiteos, mis kujutab neutrontähte ümbritsevat magnetvälja. Krediit: Casey Reed / Penn State University
Kuid prootoni lagunemist, mida praegune osakeste teooria ennustab, pole veel täheldatud. Mis siis, kui prootonid ära tee lagunemine? Mis saab siis mustadest kääbustest?
Seal tuleb see uus paber sisse . Selgub, et on ka teisi kvantmehaanika efekte, mis muutuvad oluliseks, näiteks tunnelimine . Aatomituumad on koormatud prootonitega, millel on positiivne laeng, nii et tuumad tõrjuvad üksteist. Kuid nad on musta kääbuse keskel väga lähedal. Kvantmehaanika ütleb, et osakesed võivad kosmoses väga väikeste vahemaade järel ootamatult hüpata (see on tunnelite osa ja muidugi see on palju keerulisem kui minu liiga lihtne konspekt siin) ja kui üks tuum hüppab teisele piisavalt lähedale, siis kablam! Nad sulanduvad, moodustavad raskema elemendi tuuma ja vabastavad energiat.
See erineb termotuumasünteesist, mis vajab palju soojust. See liik ei vaja üldse soojust, kuid vajab tõeliselt suurt tihedust, nii et seda nimetatakse püknukleaarne liitmine ( uhkelt vanakreeka keeles tähendab tihe ).
Aja jooksul sulanduvad musta kääbuse sees olevad tuumad väga väga aeglaselt. Eralduv soojus on minimaalne, kuid üldine efekt on see, et need muutuvad veelgi tihedamaks. Samuti, nagu tavaliste tähtede puhul, loovad sulanduvad tuumad raskemad tuumad kuni raua.
See on probleem . Efektid, mis hoiavad tähte oma tugeva gravitatsiooni vastu, on elektronide vaheline degeneratsioonirõhk. Kui proovite rauda sulatada, sööb see elektrone. Kui piisavalt rauda sulab, lähevad elektronid ära, läheb toe objektile kaasa ja see variseb kokku.
Tuuma kokkuvarisemise hüpernoova, super-supernoova kunstiteos. Krediit: NASA/Dana Berry/Skyworks Digital
Seda juhtub ka tavaliste tähtedega. Need peavad olema üsna massiivsed, rohkem kui 8–10 korda Päikese massist (seega on tuum vähemalt 1,5 korda Päikese massist suurem). Kuid selliste tähtede puhul variseb tuum äkki kokku, tuumad purunevad kokku ja moodustavad neutronite palli, mida me nimetame neutronitäht . See vabastab ka a palju energiast, luues supernoova.
teismeliste mutantkilpkonnade ninja telesaade
See juhtub ka mustade päkapikkudega! Kui rauda koguneb piisavalt, varisevad need kokku ja plahvatavad, jättes maha neutronitähe.
Kuid püknukleaarne termotuumasüntees on piinavalt aeglane protsess. Kui kaua läheb aega enne äkilist kokkuvarisemist ja kablooie?
Jah, ma lubasin varem, et selgitan seda numbrit. Kõige suurema massiga mustade kääbuste puhul, kes esimesena kokku kukuvad, kulub keskmiselt aega, 101100aastat .
See on 10 kuni 1100 võimsust. Välja kirjutatud, see on 1, millele järgneb üksteist sada nulli.
Ma… mul pole analooge, kui kaua see on. See on liiga suur arv, et isegi haletsusväärsetele lihakogudele või koljudele mingit ratsionaalset tähendust omada.
Tõsiselt, siin on see välja kirjutatud:
Tähendab, mine. 10^1100. võim välja kirjutatud. Krediit: Phil Plait
See on a palju nullidest. Veenduge, et sain numbri õigesti.
Üritasin seda jagada väiksemateks ühikuteks, millel on mõtet, aga olgu. Üks suurimaid numbreid, mille me nimetasime, on a googol , mis on 10100, üks, millele järgneb 100 nulli.
Ülaltoodud number on googolüksteist, googol 11. võimule.
Ja need mustad kääbused lähevad esimene . Madalaima massiga töö võtab palju kauem aega.
Kui kaua veel? Mul pole kohutavalt hea meel, et sa seda küsisid. Nad varisevad umbes 10 pärast32 000aastat.
See pole kirjaviga. See on kümme kuni kolmekümne kahe tuhande võimuni. Üks 32 000 nulliga pärast seda .
Olgu siis.
Märgin, et see on tähtede jaoks, mis algavad Päikesest massiivsemalt. Meie taolised tähed ei ole piisavalt massiivsed, et püknukleaarset termotuumasünteesi käima saada - neil pole piisavalt massi, et suruda südamik selle jaoks vajalikku tihedusse - nii et kui nad muutuvad mustadeks kääbusteks, on see peaaegu kõik. Pärast seda ei midagi.
Eeldusel, et prootonid ei lagune, märgin uuesti. Tõenäoliselt nad seda teevad, nii et võib -olla on see kõik lihtsalt füüsikaga mängimine ilma tegeliku tulemuseta, mida me näeme (mitte, et me niikuinii läheksime). Või äkki me eksime prootonite osas ja selles kujuteldamatult kauges tulevikus koosneb Universum neutrontähtedest, mustadest aukudest, väikese massiga mustadest päkapikkudest nagu Päike ja millestki umbes sekstiljonist mustast kääbusest, mis ühel päeval kokku variseb ja plahvatab.
Simulatsioon selle kohta, milline näeks välja must auk, mille ümber keerleb gaasikett, arvestades selle ägeda raskusjõu veidraid mõjusid ketta valgusele. Krediit: NASA Goddardi kosmoselennukeskus/Jeremy Schnittman
Mustad augud, panen tähele, aurustuda samuti ja viimane neist peaks minema vähem kui googoli -aastate pärast. Kui jah, siis võivad mustade kääbuste supernoovad olla viimased energilised sündmused, mida universum saab koguda. Pärast seda ei midagi. Kuumussurm. Lõputu külm lõpmatu aja jooksul.
Hei, läheb hullemaks. Universum laieneb, kuid see osa, mida me näeme, on jälgitav Universum, tegelikult kahaneb. See on seotud tumeda energia ja Universumi kiirenenud laienemisega, mida olen mujal selgitanud . Kuid selleks ajaks, kui mustad kääbused plahvatama hakkavad, on universum, mida näeme, kahanenud meie enda galaktika suuruseks. No mis sellest siis üle jääb. On tõenäoline, et mustad kääbused on selleks ajaks hajutatud nii kaugele, et meie jälgitavas raamis pole neid isegi.
See on röövimine. Võiks arvata, et nii kaua ootamine toob tulu.
Milleks siis seda kõike arvutada? Ma arvan, et see on tegelikult hea mõte. Esiteks ei lähe teadus kunagi raisku. Võimalik, et see kõik võib olla õige.
miks on toredad poisid hinnatud r
Samuti võib arvutustoiming anda huvitavaid kõrvaltulemusi, asju, millel on siin ja praegu mõju, mida võib täheldada (näiteks prootonite lagunemine). Sellest võiks olla käegakatsutavat kasu.
Aga tõesti, minu raha eest on see suurejoonelise kujutlusvõimega tegu teadusega. Lükake piire! Ületage piire! Küsige: 'Mis edasi? Mis saab pärast? ' See laiendab meie piire, surub tagasi meie piiranguid ja vabastab aju - tuntud füüsika ja matemaatika piires -, et jätkata muul viisil avastamata teid.
Tõe otsimine võib olla raske tee, kuid see viib mõistmiseni ja selles on ilu.
* See viitab artiklile, mille minu SYFY WIRE kolleegi Jeff Spry selle teema kohta kirjutas, kui see mõni aeg tagasi ilmus. Ta annab sellest hea kokkuvõtte, kuid pärast lehe lugemist tahtsin teha sügavama sukeldumise. Ja ausalt öeldes võiksin sel teemal kolm korda pikema artikli kirjutada. Siin toimub palju.
