Gli astronomi hanno studiato a lungo come sarà la fine del cosmo. Un nuovo studio ha concluso che l’Universo emetterà un ultimo grido prima che tutto diventi nero per sempre.
Le leggi note della fisica suggeriscono che tra circa 10100 anni la nascita delle stelle cesserà, le galassie saranno scure e persino i buchi neri evaporeranno attraverso un processo noto come radiazione di Hawking, lasciando poco più che semplici particelle subatomiche ed energia. L’espansione dello spazio raffredderà questa energia fino a quasi 0 kelvin – zero assoluto -, segnalando la morte termica dell’Universo.
Tuttavia, mentre insegnava a un corso di astrofisica quest’anno, Matt Caplan, un fisico teorico presso l’Illinois State University, si è reso conto che il destino di un gruppo finale di entità non era mai stato preso in considerazione.
L’importanza degli ultimi
Dopo aver esaurito il loro combustibile termonucleare, le stelle di piccola massa come il Sole non muoiono in supernove drammatiche. Invece, perdono lentamente i loro strati esterni e si lasciano dietro un nucleo bollente delle dimensioni della Terra noto come la nana bianca.
Il peso gravitazionale delle nane bianche è controbilanciato da una forza chiamata pressione di degenerazione elettronica. Le particelle in una nana bianca rimangono intrappolate in una rete cristallina che irradia calore per miliardi di anni, molto più a lungo dell’attuale età dell’universo. Alla fine, queste “reliquie” si raffreddano e diventano nane nere.
Le nane nere non hanno l’energia per guidare le reazioni nucleari, quindi al loro interno accade poco. La fusione richiede nuclei atomici carichi per superare la potente repulsione e fusione elettrostatica. Tuttavia, per lunghi periodi di tempo, la meccanica quantistica consente alle particelle di attraversare barriere energetiche, il che significa che la fusione può avvenire a velocità estremamente basse.
Quando atomi come il silicio e il nichel si fondono nel ferro, producono positroni, l’antiparticella di un elettrone. Questi positroni distruggerebbero molto lentamente alcuni degli elettroni al centro di una nana nera e indebolirebbero la pressione di degenerazione.
Per stelle tra circa 1,2 e 1,4 volte la massa del Sole, questo indebolimento porterebbe alla fine a un collasso gravitazionale catastrofico che porta a un’esplosione colossale simile alle supernove di stelle di massa superiore.
“Le reazioni nucleari, attraverso il tunneling quantistico, trasformano la stella in ferro per molto, molto tempo“, ha detto Caplan. “Quindi, quando la stella contiene abbastanza ferro, esploderà molto rapidamente come una supernova. Il tunneling quantistico rende possibile che si verifichino reazioni proibite se si attende abbastanza a lungo“.
Secondo Caplan, le detonazioni drammatiche inizieranno tra circa 101100 e continueranno fino a 1032000 anni da oggi. All’inizio di questa era, la misteriosa sostanza che agisce in opposizione alla gravità chiamata materia oscura avrà separato tutto nell’Universo, così tanto che ogni nana nera sarebbe stata circondata da una vasta oscurità. Le supernove sarebbero persino inosservabili l’una all’altra.
Le scoperte di Caplan mostrano che le più grandi nane nere saranno le prime a esplodere. Quando avverranno le ultime esplosioni, non rimarrà nulla e l’Universo sarà “freddo, buio e noioso“.
Questo studio è stato pubblicato questo mese sulla rivista scientifica Monthly Notice of the Royal Astronomical Society. Ora, Caplan intende provare a simulare una supernova nana nera. “Nessuno vedrà una di queste esplosioni nella vita reale, ma forse possiamo vederla su un computer“, ha detto.
Gregory Laughlin, astrofisico alla Yale University, ricorda che è “importante sottolineare che qualsiasi indagine in un lontano futuro sarà necessariamente ironica. La nostra visione per un futuro estremamente lontano è un riflesso della nostra attuale comprensione e quella visione cambierà da un anno all’altro“.
Alcune delle grandi teorie unificate della fisica suggeriscono che il protone alla fine decadrà. Questo dissolverebbe le nane nere di Caplan molto prima che esplodessero. Alcuni modelli cosmologici hanno sollevato l’ipotesi che l’Universo potesse collassare su se stesso in una grande crisi, impedendo uno spettacolo di luci finale.
