”Siitä tulee vähän surullinen, yksinäinen ja kylmä paikka”, sanoi teoreettinen fyysikko Matt Caplan, joka lisäsi, ettei kukaan ole paikalla todistamassa tätä pitkää jäähyväistilaisuutta kaukaisessa kaukaisessa tulevaisuudessa. Useimmat uskovat, että kaikki on pimeää, kun maailmankaikkeus tulee tiensä päähän. ”Se tunnetaan nimellä ’lämpökuolema’, jolloin maailmankaikkeus on enimmäkseen mustia aukkoja ja loppuun palaneita tähtiä”, sanoi Caplan, joka kuvitteli hieman toisenlaisen kuvan laskiessaan, miten jotkin näistä kuolleista tähdistä voisivat muuttua aikakausien kuluessa.
Pimeyden katkelmina voisi olla hiljaisia ilotulituksia – räjähdyksiä tähtien jäänteistä, joiden ei koskaan pitänyt räjähtää. Illinoisin osavaltionyliopiston fysiikan apulaisprofessorin Caplanin uudessa teoreettisessa työssä todetaan, että monet valkoiset kääpiöt saattavat räjähtää supernovaräjähdyksinä kaukaisessa kaukaisessa tulevaisuudessa, kauan sen jälkeen, kun kaikki muu maailmankaikkeudessa on kuollut ja hiljennyt.
Nykyaikaisessa maailmankaikkeudessa massiivisten tähtien dramaattinen kuolema supernovaräjähdyksissä tapahtuu, kun sisäiset ydinreaktiot tuottavat rautaa ytimeen. Tähdet eivät voi polttaa rautaa – se kerääntyy kuin myrkky, joka laukaisee tähden romahduksen synnyttäen supernovan. Pienemmillä tähdillä on kuitenkin tapana kuolla hieman arvokkaammin, ne kutistuvat ja muuttuvat elämänsä lopussa valkoisiksi kääpiöiksi.
”Tähdillä, joiden massa on alle 10 kertaa suurempi kuin Auringon massa, ei ole sellaista painovoimaa tai tiheyttä, että ne voisivat tuottaa rautaa ytimiinsä samalla tavalla kuin massiiviset tähdet, joten ne eivät voi räjähtää supernovaräjähdyksenä juuri nyt”, Caplan sanoo. ”Kun valkoiset kääpiöt jäähtyvät seuraavien muutaman biljoonan vuoden aikana, ne himmenevät, jäätyvät lopulta kiinteiksi ja muuttuvat ’mustiksi kääpiötähdiksi’, jotka eivät enää loista.” Kuten nykyiset valkoiset kääpiöt, ne koostuvat enimmäkseen kevyistä alkuaineista, kuten hiilestä ja hapesta, ja ne ovat maapallon kokoisia, mutta sisältävät noin yhtä paljon massaa kuin aurinko, ja niiden sisus on puristettu miljoonia kertoja suurempaan tiheyteen kuin mikään maapallolla.
Mutta se, että ne ovat kylmiä, ei tarkoita, että ydinreaktiot loppuvat. ”Tähdet loistavat lämpöydinfuusion takia – ne ovat tarpeeksi kuumia, jotta pienet ytimet lyövät yhteen isommiksi ytimiksi, mikä vapauttaa energiaa. Valkoiset kääpiöt ovat tuhkaa, ne ovat palaneet loppuun, mutta fuusioreaktioita voi silti tapahtua kvanttitunneloinnin takia, mutta paljon hitaammin, Caplan sanoi. ”Fuusiota tapahtuu jopa nollalämpötilassa, se vain kestää todella kauan.” Hän totesi, että tämä on avain mustien kääpiöiden muuttamiseen raudaksi ja supernovan laukaisemiseen.
Caplanin uusi työ, joka hyväksyttiin julkaistavaksi Monthly Notices of the Royal Astronomical Society -lehdessä, laskee, kuinka kauan nämä ydinreaktiot kestävät raudan tuottamiseen ja kuinka paljon rautaa erikokoiset mustat kääpiöt tarvitsevat räjähtääkseen. Hän kutsuu teoreettisia räjähdyksiään ”mustien kääpiöiden supernoviksi” ja laskee, että ensimmäinen niistä tapahtuu noin 10 1100 vuoden kuluttua. ”Vuosina se on kuin sanoisi sanan ’triljoona’ lähes sata kertaa. Jos sen kirjoittaisi ylös, se veisi suurimman osan sivusta. Se on järjettömän kaukana tulevaisuudessa.”
Eivät tietenkään kaikki mustat kääpiöt räjähdä. ”Vain massiivisimmat mustat kääpiöt, noin 1,2-1,4 kertaa auringon massan verran, räjähtävät.” Silti se tarkoittaa, että jopa yksi prosentti kaikista nykyisistä tähdistä, noin miljardi biljoonaa tähteä, voi odottaa kuolevansa tällä tavalla. Loput jäävät mustiksi kääpiöiksi. ”Vaikka ydinreaktiot olisivat hyvin hitaita, aurinkomme massa ei vieläkään riitä räjähtämään supernovaksi edes kaukaisessa tulevaisuudessa. Voisit muuttaa koko auringon raudaksi, eikä se silti räjähtäisi.”
Caplan laskee, että massiivisimmat mustat kääpiöt räjähtävät ensin, minkä jälkeen tulevat asteittain vähemmän massiiviset tähdet, kunnes noin 1032000 vuoden kuluttua ei ole enää yhtään räjähtävää jäljellä. Siinä vaiheessa maailmankaikkeus saattaa todella olla kuollut ja hiljainen. ”On vaikea kuvitella, että sen jälkeen tapahtuisi mitään, mustien kääpiöiden supernovat saattaisivat olla viimeinen mielenkiintoinen asia, joka maailmankaikkeudessa tapahtuu. Ne saattavat olla viimeiset supernovat ikinä.” Kun ensimmäiset mustat kääpiöt räjähtävät, maailmankaikkeus on jo tunnistamaton. ”Galaksit ovat hajaantuneet, mustat aukot haihtuneet, ja maailmankaikkeuden laajeneminen on vetänyt kaikki jäljelle jääneet kohteet niin kauas toisistaan, ettei yksikään tule koskaan näkemään minkään muun räjähdystä.” ”Valon ei ole edes fysikaalisesti mahdollista kulkea niin kauas.”
Vaikka hän ei tule koskaan näkemään sellaista, Caplan ei ole huolissaan. ”Minusta tuli fyysikko yhdestä syystä. Halusin miettiä suuria kysymyksiä – miksi maailmankaikkeus on täällä ja miten se päättyy?” Kun häneltä kysytään, mikä suuri kysymys tulee seuraavaksi, Caplan sanoo: ”Ehkä yritämme simuloida jotain mustan kääpiön supernovaa. Jos emme voi nähdä niitä taivaalla, voimme ainakin nähdä ne tietokoneella.”