”Det kommer att bli en lite sorglig, ensam och kall plats”, säger den teoretiske fysikern Matt Caplan, som tillägger att ingen kommer att vara i närheten för att bevittna detta långa farväl som sker i en avlägsen framtid. De flesta tror att allt kommer att vara mörkt när universum går mot sitt slut. ”Det är känt som ’värmedöd’, där universum mestadels kommer att bestå av svarta hål och utbrända stjärnor”, sade Caplan, som föreställde sig en något annorlunda bild när han beräknade hur några av dessa döda stjärnor skulle kunna förändras under eoner.
Punkter i mörkret skulle kunna vara tysta fyrverkerier – explosioner av resterna av stjärnor som aldrig skulle ha exploderat. I ett nytt teoretiskt arbete av Caplan, biträdande professor i fysik vid Illinois State University, konstateras att många vita dvärgar kan explodera i supernovor i en avlägsen framtid, långt efter att allt annat i universum har dött och tystnat.
I universum nu sker den dramatiska döden av massiva stjärnor i supernovaexplosioner när interna kärnreaktioner producerar järn i kärnan. Järn kan inte brännas av stjärnor – det ackumuleras som ett gift, vilket utlöser stjärnans kollaps och skapar en supernova. Men mindre stjärnor tenderar att dö med lite mer värdighet, de krymper och blir vita dvärgar i slutet av sitt liv.
”Stjärnor som är mindre än cirka 10 gånger solens massa har inte gravitationen eller densiteten för att producera järn i sin kärna på samma sätt som massiva stjärnor gör, så de kan inte explodera i en supernova just nu”, säger Caplan. ”När vita dvärgar svalnar under de närmaste triljonerna år kommer de att bli svagare, så småningom frysa fast och bli ’svarta dvärgstjärnor’ som inte längre lyser.” Precis som vita dvärgar i dag kommer de att bestå mestadels av lätta grundämnen som kol och syre och kommer att vara lika stora som jorden men innehålla ungefär lika mycket massa som solen, och deras inre kommer att vara pressat till en densitet som är miljontals gånger större än vad som finns på jorden.
Men bara för att de är kalla betyder det inte att kärnreaktionerna upphör. ”Stjärnor lyser på grund av termonukleär fusion – de är tillräckligt varma för att slå ihop små kärnor till större kärnor, vilket frigör energi. Vita dvärgar är aska, de är utbrända, men fusionsreaktioner kan fortfarande ske på grund av kvanttunnling, bara mycket långsammare, säger Caplan. ”Fusion sker även vid noll temperatur, det tar bara väldigt lång tid.” Han påpekade att detta är nyckeln till att omvandla svarta dvärgar till järn och utlösa en supernova.
Caplans nya arbete, som accepterats för publicering i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, beräknar hur lång tid dessa kärnreaktioner tar för att producera järn, och hur mycket järn svarta dvärgar av olika storlek behöver för att explodera. Han kallar sina teoretiska explosioner för ”supernovor av svarta dvärgar” och beräknar att den första kommer att inträffa om cirka 10 till 1100 år. ”I år är det som att säga ordet ’biljon’ nästan hundra gånger. Om man skrev ut det skulle det ta upp större delen av en sida. Det ligger tanklöst långt in i framtiden.”
Naturligtvis kommer inte alla svarta dvärgar att explodera. ”Endast de mest massiva svarta dvärgarna, ungefär 1,2 till 1,4 gånger solens massa, kommer att explodera.” Det betyder ändå att så många som 1 procent av alla stjärnor som finns i dag, ungefär en miljard triljoner stjärnor, kan förvänta sig att dö på detta sätt. När det gäller resten kommer de att förbli svarta dvärgar. ”Även med mycket långsamma kärnreaktioner har vår sol fortfarande inte tillräckligt med massa för att någonsin explodera i en supernova, inte ens i en mycket avlägsen framtid. Du skulle kunna förvandla hela solen till järn och den skulle ändå inte explodera.”
Caplan beräknar att de mest massiva svarta dvärgarna kommer att explodera först, följt av successivt mindre massiva stjärnor, tills det inte finns några fler kvar att explodera efter cirka 1032000 år. Vid den tidpunkten kan universum verkligen vara dött och tyst. ”Det är svårt att föreställa sig att något kommer efter det, supernovor av svarta dvärgar kan vara det sista intressanta som händer i universum. De kan vara de sista supernovorna någonsin.” När de första svarta dvärgarna exploderar kommer universum redan att vara oigenkännligt. ”Galaxer kommer att ha skingrats, svarta hål kommer att ha avdunstat och universums expansion kommer att ha dragit alla kvarvarande objekt så långt ifrån varandra att ingen någonsin kommer att se någon av de andra explodera, det kommer inte ens att vara fysiskt möjligt för ljuset att färdas så långt.”
Även om han aldrig kommer att få se en sådan, är Caplan inte orolig. ”Jag blev fysiker av en anledning. Jag ville tänka på de stora frågorna – varför finns universum här och hur kommer det att sluta?” På frågan om vilken stor fråga som kommer härnäst svarar Caplan: ”Vi kanske ska försöka simulera någon supernova av en svart dvärg. Om vi inte kan se dem på himlen kan vi åtminstone se dem på en dator.”