„Es wird ein etwas trauriger, einsamer, kalter Ort sein“, sagte der theoretische Physiker Matt Caplan, der hinzufügte, dass niemand da sein wird, um diesen langen Abschied in ferner Zukunft zu erleben. Die meisten glauben, dass alles dunkel sein wird, wenn sich das Universum dem Ende zuneigt. „Das Universum wird hauptsächlich aus schwarzen Löchern und ausgebrannten Sternen bestehen“, sagte Caplan, der sich ein etwas anderes Bild vorstellte, als er berechnete, wie sich einige dieser toten Sterne im Laufe der Äonen verändern könnten.
Die Dunkelheit könnte durch ein stilles Feuerwerk unterbrochen werden – Explosionen der Überreste von Sternen, die nie explodieren sollten. Neue theoretische Arbeiten von Caplan, einem Assistenzprofessor für Physik an der Illinois State University, zeigen, dass viele Weiße Zwerge in ferner Zukunft in einer Supernova explodieren könnten, lange nachdem alles andere im Universum gestorben und still geworden ist.
Im heutigen Universum kommt es zum dramatischen Tod massereicher Sterne in Supernova-Explosionen, wenn interne Kernreaktionen Eisen im Kern erzeugen. Eisen kann von Sternen nicht verbrannt werden – es sammelt sich wie ein Gift an und löst den Kollaps des Sterns aus, wodurch eine Supernova entsteht. Kleinere Sterne neigen jedoch dazu, mit etwas mehr Würde zu sterben, indem sie schrumpfen und am Ende ihres Lebens zu Weißen Zwergen werden.
„Sterne, die weniger als das Zehnfache der Sonnenmasse haben, verfügen nicht über die Schwerkraft oder Dichte, um Eisen in ihren Kernen zu produzieren, wie es massereiche Sterne tun, so dass sie im Moment nicht in einer Supernova explodieren können“, so Caplan. „Wenn Weiße Zwerge in den nächsten Billionen Jahren abkühlen, werden sie immer schwächer, erstarren schließlich und werden zu ‚Schwarzen Zwergen‘, die nicht mehr leuchten. Wie die heutigen Weißen Zwerge werden sie hauptsächlich aus leichten Elementen wie Kohlenstoff und Sauerstoff bestehen und die Größe der Erde haben, aber etwa so viel Masse wie die Sonne enthalten, wobei ihr Inneres auf eine Dichte gepresst wird, die Millionen Mal höher ist als die der Erde.
Aber nur weil sie kalt sind, bedeutet das nicht, dass die Kernreaktionen aufhören. „Sterne leuchten aufgrund der thermonuklearen Fusion – sie sind heiß genug, um kleine Kerne zu größeren Kernen zusammenzuschlagen, wodurch Energie freigesetzt wird. Weiße Zwerge sind Asche, sie sind ausgebrannt, aber Fusionsreaktionen können aufgrund von Quantentunnelung immer noch stattfinden, nur viel langsamer“, so Caplan. „Die Fusion findet sogar bei einer Temperatur von Null statt, es dauert nur sehr lange“. Dies sei der Schlüssel, um Schwarze Zwerge in Eisen zu verwandeln und eine Supernova auszulösen.
Caplans neue Arbeit, die zur Veröffentlichung in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society angenommen wurde, berechnet, wie lange diese Kernreaktionen brauchen, um Eisen zu erzeugen, und wie viel Eisen Schwarze Zwerge unterschiedlicher Größe benötigen, um zu explodieren. Er nennt seine theoretischen Explosionen „Schwarze-Zwerge-Supernova“ und rechnet damit, dass die erste in etwa 10 bis 1100 Jahren stattfinden wird. „In Jahren ist das so, als würde man das Wort ‚Billion‘ fast hundertmal sagen. Würde man es ausschreiben, würde es fast eine ganze Seite einnehmen. Das ist unvorstellbar weit in der Zukunft.“
Natürlich werden nicht alle Schwarzen Zwerge explodieren. „Nur die massereichsten Schwarzen Zwerge, die etwa die 1,2- bis 1,4-fache Masse der Sonne haben, werden explodieren.“ Das bedeutet jedoch, dass bis zu 1 Prozent aller heute existierenden Sterne, etwa eine Milliarde Billionen Sterne, auf diese Weise sterben können. Was den Rest betrifft, so werden sie schwarze Zwerge bleiben. „Selbst bei sehr langsamen Kernreaktionen hat unsere Sonne immer noch nicht genug Masse, um jemals in einer Supernova zu explodieren, selbst in sehr ferner Zukunft nicht. Man könnte die ganze Sonne in Eisen verwandeln und sie würde immer noch nicht explodieren.“
Caplan rechnet damit, dass die massereichsten schwarzen Zwerge zuerst explodieren werden, gefolgt von immer weniger massereichen Sternen, bis es nach etwa 1032000 Jahren keine mehr gibt. An diesem Punkt könnte das Universum wirklich tot und still sein. „Es ist schwer vorstellbar, dass danach noch etwas kommt. Die Supernova der Schwarzen Zwerge könnte das letzte interessante Ereignis im Universum sein. Sie könnten die letzte Supernova überhaupt sein.“ Wenn die ersten Schwarzen Zwerge explodieren, wird das Universum bereits nicht mehr wiederzuerkennen sein. „Galaxien werden sich aufgelöst haben, schwarze Löcher werden verdampft sein, und die Ausdehnung des Universums wird alle verbleibenden Objekte so weit auseinandergezogen haben, dass keines der anderen jemals eine Explosion sehen wird.“
Auch wenn er nie eine sehen wird, bleibt Caplan unbeeindruckt. „Ich bin aus einem einzigen Grund Physiker geworden. Ich wollte über die großen Fragen nachdenken – warum gibt es das Universum, und wie wird es enden?“ Auf die Frage, welche große Frage als Nächstes kommt, sagt Caplan: „Vielleicht versuchen wir, eine Supernova mit schwarzen Zwergen zu simulieren. Wenn wir sie nicht am Himmel sehen können, dann können wir sie wenigstens am Computer sehen.“