Ostatni epizod istnienia wszechświata – supernowe czarnych karłów

Ostatnim rozdziałem końca wszechświata, który nastąpi długo po tym, jak zgaśnie ostatnia gwiazda, może być seria niezwykłych eksplozji. Niezwykłych, bo ich głównymi bohaterami będą supernowe z czarnych karłów, twierdzi Matt E. Caplan z Illinois State University, którego artykuł Black dwarf supernova in the far future został zaakceptowany do publikacji w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Czarne karły jeszcze nie powstały, gdyż sam wszechświat istnieje zbyt krótko by mogły się pojawić. Ewolucja gwiazd jest determinowana przez ich masę. Niektóre eksplodują, stają się supernowymi i mogą zostać czarnymi dziurami. Jeszcze inne stają się niewielkimi gęstymi gwiazdami – białymi karłami. Po bilionach lat tracą blask i zamieniają się w czarne nie emitujące światła obiekty zwane czarnymi karłami. Caplan twierdzi, że pod koniec istnienia wszechświata mogą one rozświetlić go, eksplodując i zamieniając się w supernowe.

Supernowe czarnych karłów powstaną w wyniku fuzji pyknonuklearnej (pycnonuclear fusion). Zwykle gwiazdy są zasilane dzięki reakcjom termojądrowym, gdzie wysokie temperatury i ciśnienie wymuszają łączenie się atomów w cięższe pierwiastki.

Tymczasem fuzja pyknonuklearna zachodzi w wyniku pojawienia się tunelowania kwantowego, które pozwala atomom na zbliżenie się bardziej niż normalnie. To proces, który z czasem zmienia białego karła w żelazo – ostatni z pierwiastków, jaki może powstać w wyniku fuzji.

Jak mówi Matt Caplan, takie reakcje zachodzą niezwykle powoli. Przez milion lat może nie dojść do ani jednej tego typu reakcji w czarnym karle, stwierdza uczony. Dla porównania – w każdej sekundzie w Słońcu dochodzi do fuzji ponad 10³⁸ protonów.
Zamiana czarnego karła w żelazo w wyniku fuzji pyknonuklearnej może potrwać od 10¹¹⁰⁰ do 10³²⁰⁰⁰ lat. To kolosalne skale czasowe, mówi astrofizyk Fred Adams z Univesrity of Michigan. Uważamy, że największe możliwe czarne dziury parują w ciągu 10¹⁰⁰ lat. To mgnienie oka w porównaniu ze skalą omawianą w artykule.

Gdy już większość czarnego karła zamieni się w żelazo, obiekt zostanie zmiażdżony przez własną masę. Dojdzie do implozji, która odrzuci zewnętrzne warstwy. Podobne procesy zachodzą we współczesnym wszechświecie, gdzie gromadzenie się żelaza prowadzi do pojawienia się supernowych Typu II.

Jak wylicza Caplan, supernowa czarnego karła może powstać z czarnego karła o masie od 1,16 do 1,35 masy Słońca. Z kolei takie czarne karły powstaną z typowych gwiazd o masie od 6 do 10 mas Słońca. Gwiazdy o takiej masie nie są zbyt rozpowszechnione, chociaż nie można też powiedzieć, że występują rzadko. Szacuje się, że stanowią one około 1% wszystkich gwiazd. Na tej podstawie Caplan szacuje, że przed końcem wszechświata pojawi się około 10²¹ supernowych czarnych karłów. Jako, że czarne karły będą miały niewielką masę, ich supernowe nie będą tak olbrzymie jak znane nam supernowe, jednak nadal będzie to spektakularne widowisko, szczególnie w pozbawionym gwiazd ciemnym wszechświecie.

czarny karzeł supernowa koniec wszechświata reakcja pyknonuklearna