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中国科学报：科学家首次提出：宇宙将在“大爆炸”里死去中国科学报2020-08-14 16:04:160阅

中国科学报：科学家首次提出：宇宙将在“大爆炸”里死去中国科学报2020-08-14 16:04:160阅
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图1/2艺术家对黑矮星的印象图 。 图片来源：MARK GARLICK是在爆炸中湮灭还是在沉默中死亡？天文学家长期以来一直在思考宇宙将如何终结 。
已知的物理定律表明 ， 从现在起到大约10100年后 ， 恒星将停止诞生、星系将变暗 ， 甚至黑洞也将通过霍金辐射的过程蒸发 ， 只留下简单的亚原子粒子和能量 。
空间的膨胀将使能量冷却到接近0开尔文（绝对零度） ， 这意味着宇宙的“热死亡”和达到总熵 。
据《科学》报道 ， 一项新研究显示 ， 在难以想象的遥远未来 ， 被称为黑矮星的冰冷恒星残余物质将开始爆发 ， 形成一系列壮观的超新星 ， 释放宇宙有史以来最后的“烟火” 。 这或许是宇宙在万物永远变暗前最后的“欢呼” 。
今年春天 ， 美国伊利诺伊州立大学理论物理学家Matt Caplan在教授一门天体物理学课程时意识到 ， 最后一组天体的命运从未被解释过 。
在耗尽热核燃料之后 ， 像太阳这样的低质量恒星不会以引人注目的超新星的形式出现 ， 相反 ， 它们会慢慢地脱落外层 ， 留下一个地球大小的炽热核心 ， 即白矮星 。
“它们就像是从炉子上取下来的平底锅 ， 会越来越凉 ， 基本上会永远冷却下去 。 ” Caplan说 。
【中国科学报：科学家首次提出：宇宙将在“大爆炸”里死去中国科学报2020-08-14 16:04:160阅】白矮星通常不再产生能量 ， 依靠一种叫做电子简并压力的力量抵抗重力崩溃 。 白矮星中的粒子被锁在发射热量的晶格中长达数万亿年之久 ， 远远超过了宇宙目前的年龄 。 但最终 ， 这些白矮星会逐渐冷却 ， 变成黑矮星 。
黑矮星缺乏驱动核反应的能量 ， 所以它们内部很少发生核聚变反应 。 聚变需要带电原子核克服强大的静电斥力而合并 。
然而在很长一段时间内 ， 量子力学允许粒子穿过能量屏障 ， 这意味着尽管速度极低 ， 聚变反应仍然可以发生 。
当硅和镍等原子与铁结合时 ， 它们能够产生正电子 ， 即电子的反粒子 。 这些正电子会缓慢地摧毁黑矮星中心的一些电子 ， 并削弱它的简并压力 。
对于质量约为太阳1.2至1.4倍的恒星（约占当今宇宙中所有恒星的1%）而言 ， 这种减弱最终将导致灾难性的引力崩溃 ， 从而引发类似于更高质量恒星形成超新星的巨大爆发 。
Caplan在本月的英国《皇家天文学会月刊》上报道了这项研究 。
Caplan说 ， 这种戏剧性的爆发将在101100年后开始发生 ， 这一数字人类大脑几乎无法理解 。 而这场爆发将持续到1032000年后 。
希望目睹这场宇宙最后“烟火”的时间旅行者恐怕会失望 。 因为到了这个时代 ， 一种与引力相反的神秘物质——暗能量将把宇宙中的一切分割开 ， 每一颗黑矮星都将被巨大的黑暗包围 ， 超新星甚至彼此间都无法观测到 。
耶鲁大学天体物理学家Gregory Laughlin称赞这项研究是一个有趣的思维实验 ， 它允许科学家考虑在当前时代还没有足够时间展开的物理过程 。
不过 ， Laughlin也强调 ， 任何有关遥远未来的研究都不必太当真 。 “我们对极为遥远的未来的看法反映了目前的认识 ， 而且这种看法会随着时间的推移而改变 。 ”
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图2/2


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