Angenommen, der Protonenzerfall ist falsch, was ist das ultimative Schicksal eines Neutronensterns oder eines weißen Zwergs?
Eine noch unbewiesene Theorie, dass Protonen zerfallen können und eine Halbwertszeit von haben $10^{30}$Jahre oder so, was bedeutet, dass sich schließlich alle Materie auflöst, weil ihre Protonenbestandteile und damit Neutronen zerfallen. Dies muss jedoch noch bewiesen werden. Wenn dies also falsch ist , was wäre das ultimative Schicksal eines Neutronensterns oder eines weißen Zwergs? Was würde daraus werden?$10^{50}$, $10^{100}$ Jahre?
Antworten
Dies ist eine klassische Frage in der physikalischen Eschatologie , um zu sehen, was passiert, wenn wir das aktuelle Verständnis der Astrophysik vorwärts extrapolieren. Die klassischen Papiere sind (Dyson 1979) und (Adams & Laughlin 1997) .
Offensichtlich kühlen weiße Zwerge über sehr lange Zeiträume ab und kristallisieren. und werden "schwarze Zwerge". Dies ist durch Beobachtung und Modellierung ziemlich gut belegt, obwohl die Endstadien nicht viel untersucht wurden.
Wenn schwach wechselwirkende dunkle Materie erfasst werden kann, würden dichte Objekte interne Lichthöfe erhalten. In diesem Fall würde es zu einer Vernichtung kommen, wenn die dunkle Materie eine Mischung aus Partikeln und Antiteilchen ist, wodurch das Objekt für eine lange Zeit erhitzt wird. Wenn es im Prinzip nicht vernichtend ist, kann es sich aufbauen, bis das Objekt in einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch implodiert. Dies hängt stark vom Modell der Dunklen Materie ab, daher sollte dies als Vermutung angesehen werden.
Es ist jedoch ziemlich gut bekannt, dass sich Galaxien aufgrund von Gravitationswechselwirkungen über lange Zeiträume auflösen, und dies wird solche Objekte in das zentrale Schwarze Loch werfen, bevor sie plausibel zusammenbrechen oder sie in den intergalaktischen Raum werfen könnten, wo sie keine dunkle Materie mehr aufnehmen würden .
Das Schicksal intergalaktischer Schwarzer Zwerge und Neutronensterne ohne Protonenzerfall hängt davon ab, welche anderen Arten des Zerfalls und der Veränderung möglich sind. Bei weißen Zwergen würde die pyknonukleare Fusion fortgesetzt, bis alle schmelzbaren Elemente verschmolzen waren. Dyson schätzte die Zeitskala, bis alles eisern ist$10^{1500}$Jahre, obwohl es Umweltauswirkungen bei weißen Zwergen gibt, die die Dinge wahrscheinlich beschleunigen. Dies kann tatsächlich dazu führen, dass schwerere weiße Zwerge (über 1,2 Sonnenmassen) auf einer Zeitskala von in Supernovas zusammenbrechen$10^{1100}$Jahre ( Caplan 2020 ).
Dyson bemerkte, dass über Zeiträume von $10^{65}$Jahre Materie verhält sich aufgrund des Tunnelns wie eine Quantenflüssigkeit. Dies ändert jedoch nicht viel an der Struktur der verbleibenden Objekte. Ein wichtigeres Problem kann das Tunneln in Schwarzlochzustände sein, in denen ein kleiner Teil des Objekts zusammentunnelt, um ein kleines Schwarzes Loch zu bilden, das verdunstet. Adams und Laughlin schätzen die Zeitskalen von$10^{45}$ Jahre für Neutronensterne und $10^{336}$ Jahre, in denen weiße Zwerge auf diese Weise verdunsten.
Auch wenn dies nicht der Fall ist, muss argumentiert werden, dass thermodynamische Schwankungen gebundene Objekte schließlich auflösen, da dies die freie Gibbs-Energie minimiert $E-TS$: bei einer endlichen Temperatur (dies ist die Standardannahme für die Beschleunigung der Expansion in $\Lambda$CDM) wenn genügend Platz vorhanden ist, die Entropie $S$kann durch Abtrennen von Partikeln trotz einiger Bindungsenergie maximiert werden: Durch Tunneln wird schließlich alles aufgelöst. Dies ähnelt der Diskussion über Herzfelds Paradoxon der spontanen Ionisierung von Wasserstoffatomen . Das bloße Vorhandensein anderer Materie "außerhalb des Labors" stabilisiert normalerweise gebundene Systeme, aber in sehr ferner Zukunft werden isolierte Systeme destabilisiert. Dies setzt voraus, dass (1) die Temperaturen endlich bleiben (dh unser Verständnis der Horizontstrahlung und der fortgesetzten beschleunigten Expansion ist richtig), (2) es gibt keine anderen Grenzen für die Dissoziation, (3) das Gibbs-Energieargument ist in diesem Zusammenhang gültig. Alle drei können diskutiert werden.
Insgesamt scheint der Trend zu bestehen, dass die Entropiemaximierung dazu neigt, Objekte in isolierte Partikel aufzulösen, während die Schwerkraft sie entweder nur zusammenhält oder über einen bestimmten Weg Implosion in Schwarze Löcher verursacht, gefolgt von Verdunstung.