Eine Supernova ist ein mächtiges Ereignis. Für einen kurzen Moment leuchtet ein Stern so hell wie eine Galaxie und zerreißt sich in einem letzten verzweifelten Versuch, gegen seine Schwerkraft anzukämpfen. Obwohl wir Supernovae als seltene und wundersame Dinge betrachten, sind sie ziemlich häufig. Aufgrund von Isotopenbeobachtungen in unserer Galaxie wissen wir, dass etwa zwanzig Supernovae treten alle tausend Jahre in der Milchstraße auf. Diese brillanten kosmischen Blitze füllen das Universum mit schweren Elementen, und ihr Reststaub macht fast alles aus, was wir um uns herum sehen. Aber Supernovae werden nicht ewig passieren. Irgendwann in ferner Zukunft wird das Universum die letzte Supernova sehen.
Wann die letzte Supernova auftritt, ist Thema einer neuen Arbeit. Mit dem, was wir über Astrophysik wissen, berechnet es, wann das letzte „interessante“ astrophysikalische Ereignis eintritt. Supernovae, wie wir sie heute sehen, werden von massereichen Sternen verursacht. Da nicht das gesamte Material eines Sterns von einer Supernova ausgestoßen wird, nimmt die Anzahl potenzieller Riesensterne mit jeder Generation ab. Innerhalb der nächsten 100 Milliarden Jahre werden sich keine großen Sterne mehr bilden und die erste Supernova-Ära endet.
Sichtbares Infrarot- und Röntgenlichtbild von Keplers Supernova-Überrest (SN 1604), der sich etwa 13.000 Lichtjahre entfernt befindet. Bildnachweis: NASA, ESA, R. Sankrit und W. Blair (Johns Hopkins University).
Aber kleinere Sterne wie Rote Zwerge werden noch brennen. Sie können noch Billionen von Jahren glänzen, aber selbst sie werden ihren Treibstoff um etwa 10 . erschöpfen14Jahre. Bis dahin wird es nur noch die Restkerne toter Sterne geben, die je nach Masse zu Weißen Zwergen, Neutronensternen oder Schwarzen Löchern kollabiert sind. Überreste, die größer als etwa zwei Sonnenmassen sind, werden zu Schwarzen Löchern kollabieren. Diejenigen mit Massen zwischen 1,4 und 2,2 Sonnenmassen werden zu Neutronensternen und der Rest zu Weißen Zwergen.
Schwarze Löcher und Neutronensterne sind effektiv stabil. Schwarze Löcher sind bis an ihre Grenzen kollabierte Materie, und Neutronensterne werden durch die starke Kraftwechselwirkung zwischen Nukleonen gegen die Schwerkraft gehalten. Aber weiße Zwerge sind eine andere Geschichte.
Diagramm eines Weißen Zwergs. Bildnachweis: Mohamed Ibrahim Nouh
Ein Weißer Zwergstern wird durch den Entartungsdruck der Elektronen gegen die Schwerkraft gehalten. Subrahmanyan Chandrasekhar berechnete ihre obere Massengrenze in den 1930er Jahren auf 1,4 Sonnenmassen und stellte fest, dass jeder Rest, der kleiner als dieser ist, allmählich abkühlen würde, um ein schwarzer Zwerg zu werden. Aber wir wissen jetzt, dass die Dinge nicht ganz so einfach sind. Schwerere Elemente im Weißen Zwerg sinken und bilden einen Kern aus Sauerstoff, Neon und Magnesium. Wenn der Weiße Zwerg zu einem Schwarzen Zwerg abkühlt, rücken die Atome im Kern näher zusammen.
Irgendwann werden sie nahe genug sein, dass eine seltsame Art von Fusion stattfinden kann. Eine normale Fusion tritt bei sehr hohen Temperaturen auf. Nuclei knallen so nah beieinander, dass es möglich ist Quantentunnel, um zu schwereren Elementen zu verschmelzen. Es gibt keinen Mindestabstand für das Auftreten von Quantentunneln; es ist nur auf größere Entfernungen extrem selten. Aber im Herzen eines Schwarzen Zwergs wird es passieren. Bei ausreichender Zeit verschmelzen Elemente im Kern zu Eisen.
Es wird geschätzt, dass diese Transformation etwa 10 . dauert1100Jahre. Wenn der Kern eines Schwarzen Zwergs zu dichtem Eisen wird, kann er einen kritischen Punkt erreichen. Bei Schwarzen Zwergen zwischen 1,2 und 1,4 Sonnenmassen wird der Eisenkern so dicht, dass die Elektronenentartung den Gravitationskollaps nicht verhindern kann. Der Kern wird implodieren und zurückprallen, wodurch eine Supernova-Explosion entsteht. Die größten Schwarzen Zwerge werden zuerst explodieren, gefolgt von immer leichteren Schwarzen Zwergen. Irgendwann wird ein schwarzer Zwerg, der etwas massereicher als unsere Sonne ist, die letzte Supernova in der Geschichte, irgendwann um 1032000Jahre in die Zukunft.
Es wird der letzte Lichtstoß in einem kalten, dunklen und toten Kosmos sein.
Referenz:Caplan, M. E.“ Schwarzer Zwerg Supernova in der fernen Zukunft . 'Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society(2020).