陽子崩壊が間違っていると仮定すると、中性子星または白色矮星の最終的な運命は何ですか？
陽子は崩壊する可能性があり、半減期は $10^{30}$数年かそこら、つまり、それらの構成要素である陽子、したがって中性子が崩壊するため、最終的にすべての物質が溶解することを意味します。しかし、これはまだ証明されていません。それで、これが間違っていると仮定すると、中性子星または白色矮星の最終的な運命は何でしょうか？それはどうなるでしょう$10^{50}$、 $10^{100}$ 年？
回答
これは物理的終末論の古典的な質問であり、天体物理学の現在の理解を前に外挿するとどうなるかを見ていきます。古典的な論文は（Dyson 1979）と（Adams＆Laughlin 1997）です。
明らかに、非常に長い時間スケールで、白色矮星は冷えて結晶化します。そして「黒色矮星」になります。最終段階はあまり研究されていませんが、これは観察とモデリングからかなり確立されています。
弱く相互作用する暗黒物質を捕らえることができれば、密集した物体は内部ハローを獲得します。この場合、暗黒物質が粒子と反粒子の混合物である場合、ある程度の消滅があり、物体を長時間加熱します。原理的に非消滅でない場合、物体が中性子星またはブラックホールに爆縮するまで蓄積する可能性があります。これは暗黒物質モデルに大きく依存しているので、これは推測と見なされるべきです。
しかし、銀河が長い時間スケールでの重力相互作用によって溶解することはかなり確立されており、これにより、そのような天体は、おそらく崩壊する前に中央のブラックホールに投棄されるか、暗黒物質を獲得しなくなる銀河間空間に放出されます。 。
陽子崩壊のない銀河系の黒色矮星と中性子星の運命は、他にどのような崩壊と変化のモードが可能かによって異なります。白色矮星では、核融合はすべての可融性元素が融合するまで続きます。ダイソンは、すべてが鉄になるまでのタイムスケールを推定しました$10^{1500}$白色矮星には環境への影響があり、物事をスピードアップする可能性がありますが、何年もかかります。これにより、実際には、より重い白色矮星（1.2太陽質量以上）が次のタイムスケールで超新星に崩壊する可能性があります。$10^{1100}$年（Caplan 2020）。
ダイソンは、 $10^{65}$トンネリングにより、物質は量子流体のように振る舞います。しかし、これは残りのオブジェクトの構造をあまり変更しません。より重要な問題は、オブジェクトの小さな部分が一緒にトンネリングして蒸発する小さなブラックホールを形成するブラックホール状態へのトンネリングである可能性があります。アダムスとラフリンはのタイムスケールを推定します$10^{45}$ 中性子星の年と $10^{336}$ 白色矮星がこのように蒸発するのに何年もかかります。
これが起こらなくても、これがギブズの自由エネルギーを最小化するので、熱力学的変動が最終的に結合された物体を溶解するという議論がなされるべきです。 $E-TS$：有限温度で（これは、宇宙の加速膨張の標準的な仮定です。 $\Lambda$CDM）十分なスペースがある場合、エントロピー $S$結合エネルギーがあるにもかかわらず粒子を分離することで最大化できます。トンネリングは最終的にすべてを溶解します。これは、水素原子の自発的イオン化に関するヘルツフェルドのパラドックスについての議論に似ています。「実験室の外」にある他の物質の単なる存在は、通常、束縛されたシステムを安定させますが、非常に遠い将来、孤立したシステムは不安定になります。これは、（1）温度が有限のままである（つまり、地平線放射と継続的な加速膨張の理解が正しい）、（2）解離に他の制限がない、（3）ギブズエネルギーの議論がこの文脈で有効であることを前提としています。3つすべてを議論することができます。
全体として、エントロピー最大化はオブジェクトを孤立した粒子に溶解する傾向があるようですが、重力はオブジェクトを一緒に保つか、何らかの経路を介してブラックホールに爆縮し、その後蒸発します。