Die Supernovae von Schwarzen Zwergen als letzte Ereignisse im Universum

Das Universum wird nicht mit einem Knall enden, soweit wir wissen. Die meisten Sterne werden sehr, sehr langsam dahinsiechen, während ihre Temperaturen gegen Null gehen.

„Es wird wie ein einsamer, trauriger, kalter Ort sein“, sagte der theoretische Physiker Matt Caplan. Niemand werde da sein, um Zeuge dieses Ereignisses in der fernen, fernen Zukunft zu werden. Die meisten Forscher vermuten, dass alles dunkel sein wird, wenn das Universum sein Ende findet. „Dies ist als Hitzetod bekannt und das Universum wird vorher hauptsächlich aus Schwarzen Löchern und ausgebrannten Sternen bestehen“, sagte Caplan. Er stellte sich ein etwas anderes Bild vor, als er berechnete, wie sich einige dieser toten Sterne im Verlauf der Äonen verändern könnten.

Durch die Dunkelheit könnten ruhige Lichtblitze zucken – Explosionen der Überreste von Sternen, von denen man nie vermutet hatte, dass sie explodieren könnten. Neue theoretische Forschungen von Caplan, einem Assistenzprofessor für Physik an der Illinois State University, besagen, dass viele Weiße Zwerge in der fernen Zukunft als Supernovae explodieren könnten – lange nachdem alles andere im Universum gestorben und ruhig geworden ist.

Im heutigen Universum kommt es zum dramatischen Tod massereicher Sterne durch Supernova-Explosionen, wenn innere Kernreaktionen Eisen im Kern produzieren. Eisen kann von Sternen nicht weiter fusioniert werden – es reichert sich wie ein Gift an und löst den Kollaps des Sterns aus, was eine Supernova nach sich zieht. Aber kleinere Sterne neigen dazu, mit etwas mehr Würde zu sterben: Sie schrumpfen und werden am Ende ihres Lebens zu weißen Zwergen.

„Sterne mit weniger als zehn Sonnenmassen haben nicht die Schwerkraft oder Dichte, um Eisen in ihren Kernen zu produzieren wie massereiche Sterne, deshalb können sie jetzt nicht als Supernova explodieren“, sagte Caplan. „Wenn sich Weiße Zwerge im Lauf der nächsten paar Billionen Jahre abkühlen, werden sie schwächer, erstarren letztendlich und werden zu ‚Schwarzen Zwergen‘, die nicht länger leuchten.“ Wie Weiße Zwerge heute, werden sie hauptsächlich aus leichten Elementen wie Kohlenstoff und Sauerstoff bestehen und etwa die Größe der Erde besitzen. Aber sie werden bis zu einer Sonnenmasse enthalten, so dass ihr Inneres auf Dichten komprimiert wird, die Millionen Mal größer sind als alles auf der Erde.

Aber weil sie kalt sind, bedeutet es nicht, dass die Kernreaktionen aufhören. „Sterne leuchten aufgrund thermonuklearer Fusionsprozesse – sie sind heiß genug, um kleine Atomkerne kollidieren zu lassen und einen größeren Kern zu bilden, was Energie freisetzt. Weiße Zwerge sind ‚Asche‘. Sie sind ausgebrannt, aber Fusionsreaktionen können aufgrund von Quantentunneleffekten immer noch stattfinden, nur viel langsamer“, sagte Caplan. „Die Fusion findet sogar bei Temperatur Null statt, es braucht nur eine wirklich lange Zeit.“ Er sagte, dass dies der Schlüssel dafür ist, um Schwarze Zwerge in Eisen umzuwandeln und eine Supernova auszulösen.

Caplans neue Studie, zur Veröffentlichung in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society eingereicht, berechnet, wie viel Zeit diese Kernreaktionen zur Produktion von Eisen benötigen und wie viel Eisen Schwarze Zwerge verschiedener Größen brauchen, um zu explodieren. Er bezeichnet diese theoretischen Explosionen als „Schwarzer-Zwerg-Supernova“ und berechnet, dass die erste in etwa 10¹¹⁰⁰ Jahren auftreten wird.

Natürlich werden nicht alle Schwarzen Zwerge explodieren. „Nur die massereichsten Schwarzen Zwerge mit 1,2-1,4 Sonnenmassen werden explodieren. Das sind immer noch bis zu ein Prozent aller Sterne, die heute existieren – etwa eine Milliarde Billionen Sterne -, welche auf diese Weise sterben werden. Die restlichen Sterne bleiben Schwarze Zwerge. Sogar mit sehr langsamen Kernreaktionen besitzt unsere Sonne nicht genug Masse, um jemals als Supernova zu explodieren, auch nicht in sehr ferner Zukunft.

Caplan berechnet, dass die massereichsten Schwarzen Zwerge als erstes explodieren werden, gefolgt von weniger massereichen Sternen, bis nach etwa 10³²⁰⁰⁰ Jahren keine mehr übrig sind, die explodieren könnten. Zu dem Zeitpunkt könnte das Universum wahrhaftig tot und ruhig sein. „Es ist schwer vorstellbar, dass danach noch irgendetwas kommt. Schwarze-Zwerge-Supernovae könnten das letzte interessante Ereignis im Universum sein. Sie könnten die letzten Supernovae überhaupt sein.“ Bis die ersten Schwarzen Zwerge explodieren, wird das Universum schon nicht mehr wiederzuerkennen sein. „Die Galaxien haben sich zerstreut, Schwarze Löcher werden verdampft sein, und die Expansion des Universums wird alle verbleibenden Objekte so weit voneinander entfernt haben, das keines davon ein anderes explodieren sehen wird. Es wäre für das Licht physikalisch nicht einmal möglich, so weit zu reisen.“

Obwohl er nie eine sehen wird, bleibt Caplan motiviert. „Ich wurde aus einem Grund Physiker: Ich wollte über die großen Fragen nachdenken – warum das Universum existiert und wie es enden wird.“ Auf die Frage, welche große Frage als nächstes kommt, sagte Caplan: „Vielleicht werden wir versuchen, die Supernova eines Schwarzen Zwergs zu simulieren. Wenn wir sie nicht am Himmel sehen können, können wir sie zumindest auf einem Computer sehen.“

Quelle

(THK)