科學家首次提出宇宙的盡頭可能是黑矮星超新星爆炸

宇宙的盡頭是在爆炸中湮滅還是在沉默中死亡？天文學家長期以來一直在思考宇宙將如何終結。

由已知的物理定律計算，從現在起到大約10^1100（即是一後面有一百一十個零）年後，恆星停止誕生、星系變暗，甚至黑洞也會通過霍金輻射的過程蒸發，只留下簡單的亞原子粒子和能量。空間的膨脹將使能量冷卻到接近絕對零度（0K），這意味著宇宙的熱死亡和達到總熵（entropy）。

一項新研究顯示，在難以想像的遙遠未來，稱為黑矮星的冰冷恆星殘餘物質開始爆發，形成一系列壯觀的超新星，釋放宇宙有史以來最後的煙花（fireworks）。這或許是宇宙在萬物永遠變暗前最後的歡呼。

今年春天，美國伊利諾伊州立大學理論物理學家馬特·卡普蘭（Matt Caplan）在教授天體物理學課程時意識到，最後一組天體的命運從未解釋過。在耗盡熱核燃料之後，像太陽這樣的低質量恆星不會以引人注目的超新星的形式出現，相反，它們會慢慢地脫落外層，留下一個地球大小的熾熱核心，即白矮星。卡普蘭指出，它們就像是從爐子上取下來的平底鍋，會越來越涼，基本上會永遠冷卻下去。

白矮星通常不再產生能量，依靠一種叫做電子簡併壓力的力量抵抗重力崩潰。白矮星中的粒子鎖在發射熱量的晶格中長達數兆年之久，遠遠超過了宇宙目前的年齡。但最終，這些白矮星會逐漸冷卻，變成黑矮星。

黑矮星缺乏驅動核反應的能量，所以它們內部很少發生核聚變反應。聚變需要帶電原子核克服強大的靜電斥力而合併。然而在很長一段時間內，量子力學允許粒子穿過能量屏障，這意味著儘管速度極低，聚變反應仍然可以發生。

當矽和鎳等原子與鐵熔合時，它們能夠產生正電子，即電子的反粒子。這些正電子會緩慢地摧毀黑矮星中心的一些電子，並削弱它的簡併壓力。對於質量約為太陽1.2至1.4倍的恆星（約佔當今宇宙中所有恆星的1%​​）而言，這種減弱最終將導致災難性的引力崩潰，從而引發類似於更高質量恆星形成超新星的巨大爆發。

卡普蘭說，這種戲劇性的爆發將在10^1100年後開始發生，這一數字人類大腦幾乎無法理解。而這場爆發將持續到10^32000年後。

希望目睹這場宇宙最後煙花的時間旅行者恐怕會失望。因為到了這個時代，一種與引力相反，稱為暗能量的神秘物質把宇宙中的一切分割開，每一顆黑矮星由巨大的黑暗包圍，超新星甚至彼此間都無法觀測到。

耶魯大學天體物理學家格雷戈里·勞克林（Gregory Laughlin）稱讚這項研究是一個有趣的思維實驗，它允許科學家考慮在當前時代還沒有足夠時間展開的物理過程。不過，勞克林也強調，任何有關遙遠未來的研究都不必太當真。 因為我們對極為遙遠的未來的看法反映了目前的認識，而且這種看法會隨著時間的流逝而改變。

【圖：維基百科；文：節錄自科學網頁；新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在2020年8月7日出版的英國《皇家天文學會月報》