Jaki los czeka Wszechświat w dalekiej przyszłości? Cóż, na ten temat powstało wiele hipotez. Zdaniem jednych z czasem przestanie się on rozszerzać, a następnie zatrzyma się i zacznie kurczyć aż nastąpi kolaps i być może kolejny Wielki Wybuch. Zdaniem innych z czasem ulegnie on rozerwaniu, zarówno na poziomie dużych struktur, jak i na poziomie atomowym. Zdaniem jeszcze innych Wszechświat może „zakończyć się” na drodze tak zwanej śmierci cieplnej. Pewien fizyk postanowił obliczyć, kiedy do takiej śmierci może dojść.
Smutna przyszłość Wszechświata
Na czym śmierć cieplna miałaby polegać? W skrócie, na zgaśnięciu wszystkich gwiazd i na dokonaniu się wszystkich możliwych wybuchów. Zgodnie z tą teorią Wszechświat będzie się w niepohamowany sposób rozszerzać, przez całą wieczność. Nie pojawią się żadne nowe źródła materii ani energii, nastąpi mrok. Co więcej, ostatecznie temperatura kosmosu zbliży się do zera absolutnego.
Gdy Wszechświat jaki znamy „umrze”, „Będzie dość smutnym, samotnym i zimnym miejscem.”, powiedział wspomniany wcześniej fizyk, Matt Caplan. To właśnie on postanowił sprawdzić, kiedy nastąpi śmierć cieplna Wszechświata – obliczając, kiedy w kosmosie dojdzie do wybuchu ostatniej supernowej.
Supernowa, jakiej jeszcze nie było
Gwiazdy o dużej masie wybuchają jako supernowe po tym, gdy w ich jądrach nagromadzą się odpowiednie ilości żelaza. Mniejsze gwiazdy takie jak białe karły, które powstają po wyczerpaniu przez gwiazdy rzędu Słońca swojego paliwa, nie są natomiast wystarczająco gęste, a ich grawitacja nie jest wystarczająco silna, by były w stanie to żelazo wytwarzać. Jak jednak zauważył Caplan, z czasem białe karły mogą stać się jeszcze gęstszymi czarnymi karłami, które już zdolnością wytwarzania żelaza dysponują.
Zdjęcie Syriusza A oraz Syriusza B (u dołu z lewej) wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Syriusz B jest białym karłem. | Źródło: NASA, ESA, H. Bond (STScI), M. Barstow (University of Leicester)
„Gdy białe karły będą stygnąć w ciągu kilku następnych bilionów lat, zaczną stawać się ciemniejsze, a ostatecznie zamarzną i staną się czarnymi karłami – gwiazdami, które już nie świecą.”, wyjaśnia Caplan. „Gwiazdy świecą dzięki syntezie termojądrowej – są na tyle gorące, że małe cząstki w ich wnętrzu się zderzają, tworząc większe cząstki i uwalniając energię. Białe karły są popiołem. Są wypalone, ale reakcje syntezy jądrowej wciąż mogą w ich wnętrzu zachodzić, z powodu tak zwanego zjawiska tunelowego, tylko znacznie wolniej.”
Na czym zjawisko tunelowe polega? Najprościej mówiąc na tym, że subatomowa cząsteczka przechodzi (ang. „tunnels” – stąd nazwa zjawiska) przez barierę, która zdaje się niemożliwa do pokonania, znikając z jednej jej strony i pojawiając się po drugiej. Zdaniem Kaplana to zjawisko jest kluczowe w procesie powstawania czarnych karłów i odegra rolę w pojawieniu się supernowych, jakich jeszcze nie widział świat.
Otóż, ostatecznie i czarne karły mogą wybuchnąć jako supernowe. Jeszcze nie udało się nam być świadkami takich eksplozji, ale to dlatego, że Wszechświat po prostu jest zbyt młody, aby mogło do nich dojść. Caplan obliczył, że pierwszy z czarnych karłów wybuchnie jako supernowa za 101100 lat. Aż trudno sobie tę liczbę wyobrazić.
„W kwestii lat to tak jakby powiedzieć ‘bilion’ prawie sto razy. Jeżeli chcielibyśmy tę liczbę zapisać, zajęłaby większość strony. Mowa o niewyobrażalnie dalekiej przyszłości.”
Koniec, do którego jest jeszcze daleko
Jak pokazały obliczenia fizyka, najpierw wybuchną największe czarne karły, a potem będą wybuchać coraz mniejsze i mniejsze, aż nie pozostanie żaden z nich. Ostatni czarny karzeł ma eksplodować jako supernowa za 1032000 lat. To może być ostatnia supernowa we Wszechświecie.
A jak kosmos będzie wyglądał po wybuchu tej ostatniej supernowej? Jak już wspomniałam, będzie „smutny, samotny i zimny”. Do tego momentu galaktyki zdążą się rozproszyć, czarne dziury zniknąć, a ekspansja Wszechświata sprawi, że wszystko będzie od siebie niewyobrażalnie oddalone. Warto wspomnieć, że wówczas Ziemia już od dawna nie będzie istnieć.
Źródło: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, fot. tyt. NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), Z. Levay (STScI)