gov-civil-vilareal.ptMelnā pundura supernovas: pēdējie sprādzieni Visumā
>Lūk, laimīga doma: Visums var beigties ar pļāpām un sprādziens. Daudz sprādzienu.
Aprēķinus veica astrofiziķis norāda, ka tālā nākotnē Visumā būs sekstiljoni saucamo objektu melnie rūķi , un ka galu galā tie var eksplodēt kā supernovas . Patiesībā tie var pārstāvēt pēdējās lietas, ko Visums var darīt.
Bet tas nenotiks ilgu laiku. Ļoti, ļoti, ļoti ilgs laiks*. Tik ilgi no šī brīža man ir grūti saprast, kā izskaidrot, cik ilgi tas būs. Es tikšu pie tā - es apsolu, ka jūsu smadzenes būs samaltas, bet vispirms mums mazliet jārunā par zvaigznēm, kodolsintēzi un matēriju.
Zvaigznes, piemēram, Saule, izdala enerģiju kausējot ūdeņraža atomus hēlija atomos savos kodolos . Tas ir ļoti līdzīgs tam, kā darbojas ūdeņraža bumba, bet masveidā plašākā mērogā; Saule izdod aptuveni simts miljardu vienas megatonas bumbu ekvivalentu enerģiju. Katrs otrais .
Galu galā ūdeņradis beidzas. Tad var notikt daudz sarežģītu lietu atkarībā no tā, cik zvaigzne ir masīva, kas tajā atrodas un daudz ko citu . Bet zvaigznēm, kuru masa ir aptuveni 8-10 reizes lielāka par Saules masu, ārējie slāņi pūš prom, pakļaujot kodolu kosmosam; kodols, kas ir kļuvis par materiāla bumbiņu, tāpēc tiek izmantoti saspiesti dīvaini kvantu mehānikas noteikumi. Tas joprojām sastāv no atomu kodoliem (piemēram, skābekļa, magnija, neona un tamlīdzīgiem) un elektroniem, bet tie atrodas zem neticami spiedienu, kodoliem praktiski pieskaroties. Mēs saucam par šādu materiālu deģenerēta matērija , un pašu objektu sauc par balto punduri .
Mums tuvākajam baltajam pundurim Siriusam B ir Saules masa, bet Zemes izmērs. Salīdzinājumam - Saule ir vairāk nekā 100 reizes platāka par Zemi. Kredīts: ESA un NASA
Šādām zvaigznēm tas ir gandrīz ceļš. Sintēzes process, ko viņi baudīja miljardiem gadu - kodolenerģija kodolsintēze, kur (ļoti vienkāršoti) atomu kodoli ir tik karsti, ka tie saspiež viens otru un saplūst - vairs nevar strādāt. Baltais punduris piedzimst ļoti karsts, simtiem tūkstošu grādu pēc Celsija, bet bez pastāvīga siltuma avota tas sāk atdzist.
Šis process aizņem miljardus gadu. Baltie punduri, kas izveidojās agrīnajā Visumā, tikko ir pietiekami vēsi, lai būtu sarkani karsti, aptuveni 4000 ° C.
Bet Visums ir jauns, tikai aptuveni 14 miljardus gadu vecs. Ļoti ilgu laiku šie baltie punduri atdziest tālāk. Galu galā tie atdzisīs līdz absolūtai nullei: -273 ° C. Tas prasīs triljonus gadu, ja nē kvadriljoni . Daudz ilgāk, nekā Visums jau pastāv.
Bet tajā brīdī deģenerētie matērijas objekti neizstaro gaismu. Tie būs tumši, tāpēc mēs tos saucam melnie rūķi .
Tā tas ir? Tikai melni punduri, kas tur sēž, sasaluši, uz visiem laikiem?
Mākslas darbi, kas attēlo melno punduri tālā nākotnē; mirusi zvaigzne, kas kādreiz bija kā Saule. Tas ir nedaudz izdomāts; līdz tam laikam, kad eksistē melnie punduri, arī visām Visuma zvaigznēm vajadzētu būt mirušām. Kredīts: Baperookamo / Wikimedia Commons / Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International
Nu, varbūt nē, un šeit lietas sāk kļūt dīvainas (jā, es zinu, tās jau ir dīvainas, bet jūs vienkārši pagaidiet dažas rindkopas). Pašlaik fiziķi uzskata, ka protoni, kas ir viena no visvienkāršākajām subatomiskajām daļiņām, var spontāni sabrukt . Vidēji tas prasa ļoti ilgu laiku. Eksperimentāli pierādījumi liecina, ka protonu pusperiods var būt vismaz 103. 4gadiem. Tas ir triljons triljoni reizes ilgāk nekā pašreizējais Visuma vecums.
Ja tā ir taisnība, tas nozīmē, ka protoni atomu kodolos melnajos punduros sabrūk. Ja viņi to dara, tad pēc kāda laika 1035vai vairāk gadus, melnie punduri… iztvaiko. Muļķis. Gone. Tajā brīdī viss, kas paliks, ir vēl blīvāks neitronu zvaigznes un melnie caurumi .
Mākslas darbs, kas attēlo neitronu zvaigzni ieskaujošo magnētisko lauku. Kredīts: Keisija Rīda / Penn State University
Bet protonu sabrukšana, lai gan to paredz pašreizējā daļiņu teorija, vēl nav novērota. Ko darīt, ja protoni nevajag sabrukšana? Kas tad notiek ar melnajiem punduriem?
Tur nāk šis jaunais papīrs . Izrādās, ka ir arī citi kvantu mehānikas efekti, kas kļūst svarīgi, piemēram tunelēšana . Atomu kodoli ir piekrauti ar protoniem, kuriem ir pozitīvs lādiņš, tāpēc kodoli atgrūž viens otru. Bet viņi ir ļoti tuvu viens otram melnā pundura centrā. Kvantu mehānika saka, ka daļiņas var pēkšņi lēkt kosmosā ļoti mazos attālumos (tā ir tuneļu daļa, un, protams tas ir daudz sarežģītāk nekā mans pārāk vienkāršais konspekts šeit), un, ja viens kodols lec pietiekami tuvu citam, kablam! Tie saplūst, veido smagāku elementu kodolu un atbrīvo enerģiju.
Tas atšķiras no kodolsintēzes, kurai nepieciešams daudz siltuma. Šim veidam vispār nav vajadzīgs siltums, bet tam ir vajadzīgs patiešām augsts blīvums, tāpēc to sauc piknonukleārs saplūšana ( lepni sengrieķu valodā nozīmē blīvs ).
Laika gaitā melnā pundura iekšpusē esošie kodoli saplūst ļoti lēni. Izdalītais siltums ir minimāls, bet kopējais efekts ir tāds, ka tie kļūst vēl blīvāki. Tāpat, tāpat kā parastajās zvaigznēs, kodoli, kas saplūst, rada smagākus kodolus līdz dzelzs līmenim.
Tā ir problēma . Ietekme, kas notur zvaigzni pret tās intensīvo gravitāciju, ir deģenerācijas spiediens starp elektroniem. Mēģinot sakausēt dzelzi, tas ēd elektronus. Ja pietiekami daudz dzelzs drošinātāju, elektroni iet prom, objekta balsts iet kopā ar to un tas sabrūk.
Galvenās sabrukšanas hipernovas, supersupernovas, mākslas darbs. Kredīts: NASA/Dana Berija/Skyworks Digital
Tas notiek arī ar parastajām zvaigznēm. Tiem jābūt diezgan masīviem, vairāk nekā 8–10 reizes lielākiem par Saules masu (tātad kodols ir vismaz 1,5 reizes lielāks par Saules masu). Bet tādām zvaigznēm kā kodols pēkšņi sabrūk, kodoli saplīst kopā un veido neitronu bumbiņu, ko mēs saucam par neitronu zvaigzne . Tas arī atbrīvo a daudz enerģijas, radot supernovu.
Tas notiks arī ar melnajiem rūķiem! Kad uzkrājas pietiekami daudz dzelzs, arī tās sabruks un eksplodēs, atstājot aiz sevis neitronu zvaigzni.
Bet piknonukleārā saplūšana ir mokoši lēns process. Cik ilgs laiks paies pirms pēkšņas sabrukšanas un kablooie?
Jā, es jau iepriekš apsolīju, ka paskaidrošu šo numuru. Lielākās masas melnajiem punduriem, kuri vispirms sabruks, vidējais laiks, kas nepieciešams, ir, 101100gadiem .
Tas ir no 10 līdz 1100 jaudai. Izrakstīts, tas ir 1, kam seko vienpadsmit simti nulles.
Es… man nav nekādu analoģiju, cik ilgi tas ir. Tas ir pārāk milzīgs skaitlis, lai pat nožēlojamos gaļas globusus vai galvaskausus varētu racionāli nozīmēt.
Nopietni, šeit ir rakstīts:
Es domāju, ej. 10^1100. vara izrakstīta. Kredīts: Fils Plaits
Tas ir a daudz no nulles. Jūtieties brīvi, lai pārliecinātos, ka es pareizi saņēmu numuru.
Es mēģināju to sadalīt mazākās vienībās, kurām ir jēga, bet c'mon. Viens no lielākajiem skaitļiem, ko mēs nosaucām, ir a googol , kas ir 10100, vienam seko 100 nulles.
Iepriekš minētais numurs ir googolsvienpadsmit, googols uz 11. varu.
Un tie ir melnie rūķi, kas iet pirmais . Mazākās masas aizņem daudz ilgāku laiku.
Cik vel ilgi? Es neesmu ļoti priecīgs, ka jautājāt. Viņi sabrūk pēc aptuveni 1032 000gadiem.
Tā nav drukas kļūda. Tas ir no desmit līdz trīsdesmit diviem tūkstošiem varas. Viens ar 32 000 nullēm pēc tās .
Tad labi.
Es atzīmēšu, ka tas attiecas uz zvaigznēm, kas sākas masīvāk nekā Saule. Tādas zvaigznes kā mūsējās nav pietiekami masīvas, lai sāktu kodolsintēzi - tām nav pietiekami daudz masas, lai saspiestu kodolu tam nepieciešamajā blīvumā - tāpēc, kad tās pārvēršas par melnajiem punduriem, tas ir gandrīz viss. Pēc tam nekas.
Pieņemot, ka protoni nesadalās, es vēlreiz atzīmēšu. Viņi, iespējams, to dara, tāpēc, iespējams, tas viss ir tikai spēlēšanās ar fiziku bez reāla rezultāta, ko mēs varam redzēt (nevis, ka mēs tik un tā būsim). Vai varbūt mēs kļūdāmies attiecībā uz protoniem, un šajā neiedomājami tālajā nākotnē Visumu veidos neitronu zvaigznes, melnie caurumi, zemas masas melnie punduri, piemēram, Saule, un kaut kas līdzīgs sekstiljoniem melno punduru, kas kādu dienu sabruks un eksplodēs.
Simulācija par to, kā izskatītos melnais caurums ar gāzes disku, kas virpuļo ap to, ņemot vērā tā sīvās smaguma dīvainās sekas uz diska gaismu. Kredīts: NASA Goddara kosmosa lidojumu centrs/Džeremijs Šnitmens
jla piedzīvojumi: iesprostots laikā
Melnie caurumi, es atzīmēšu, iztvaikot arī , un pēdējam no tiem vajadzētu aiziet mazāk nekā googola gados. Ja tā, tad melno punduru supernovas var būt pēdējie enerģētiskie notikumi, kurus Visums var savākt. Pēc tam nekas. Karstuma nāve. Bezgalīgs aukstums bezgalīgu laiku.
Ak, hei, kļūst sliktāk. Visums paplašinās, bet tā daļa, ko mēs varam redzēt, ir novērojams Visums, patiesībā sarūk. Tas ir saistīts ar tumšo enerģiju un paātrināto Visuma izplešanos, ko esmu paskaidrojis citur . Bet līdz brīdim, kad melnie rūķi sāks eksplodēt, Visums, ko mēs redzam, būs sarucis līdz mūsu pašu galaktikas lielumam. Nu, kas no tā laika palicis pāri. Izredzes ir tādas, ka līdz tam brīdim melnie punduri būs izkaisīti tik tālu, ka mūsu novērojamajā rāmī tādu pat nebūs.
Tā ir nolaupīšana. Jūs domājat, ka tik ilga gaidīšana dos zināmu atdevi.
Tātad, kāpēc iet cauri kustībām, lai to visu aprēķinātu? Es tiešām domāju, ka tā ir laba ideja. Pirmkārt, zinātne nekad netiek izšķiesta. Iespējams, ka tas viss ir pareizi.
Arī aprēķina veikšana varētu dot interesantus blakus rezultātus, lietas, kurām ir ietekme uz šeit un tagad, kas varētu būt novērojamas (piemēram, protonu sabrukšana). Varētu būt kāds taustāms ieguvums.
Bet patiesībā par manu naudu šī iespaidīgās iztēles darbība ir zinātnes būtība. Spied robežas! Pārsniedziet robežas! Jautājiet: “Kas tālāk? Kas notiek pēc tam? ' Tas paplašina mūsu robežas, atgrūž mūsu ierobežojumus un atbrīvo smadzenes - zināmās fizikas un matemātikas robežās -, lai meklētu citādi neatklātus ceļus.
Patiesības meklēšana var būt grūts ceļš, taču tas noved pie sapratnes, un tajā ir skaistums.
* Šī saite uz rakstu, ko uzrakstījis mans SYFY WIRE kolēģis Džefs Spijs par šo tēmu, kad tas pirmo reizi iznāca pirms kāda laika. Viņš to labi apkopo, bet pēc darba izlasīšanas es gribēju dziļāk ienirt. Un, godīgi sakot, es varētu uzrakstīt rakstu trīs reizes tik ilgi par šo tēmu. Šeit notiek daudz.
