Fine dell’universo, ecco la nuova teoria delle nane nere esplosive

Un nuovo studio apparso su Monthly Notices of the Royal Astronomical Society conferma la validità della teoria secondo cui l’universo terminerà, dopo una fase fatta di violenti “fuochi d’artificio”, diventando buio e silente per sempre.
Anzi, lo stesso studio aggiunge interessanti particolari che allungherebbero la fase “esplosiva”, allunamento causato dalla natura intrinseca delle cosiddette “nane nere”, stelle inerti (o quasi) risultanti dalla “morte” delle nane bianche.

In futuro non nasceranno più stelle

Secondo lo studio, descritto in un articolo su Science, tra 10¹⁰⁰ (1 seguito da 100 zeri) anni il processo di nascita di nuove stelle comincerà a finire. Questo significa che dopo un certo periodo di tempo le galassie e quindi l’intero universo comincerà a diventare sempre più buio perché tutte le stelle termineranno il proprio carburante e quelle più grandi esploderanno in spettacolari supernovae.

Anche i buchi neri evaporeranno

Anche i buchi neri risultanti, dopo un periodo lunghissimo di tempo, “evaporeranno”, secondo quanto spiega la teoria della radiazione di Hawking.
Non resteranno che particelle subatomiche e pura energia che fluttueranno nello spazio – tempo. Quando l’espansione perenne dello stesso spazio porterà il cosmo ad una temperatura vicinissima allo 0 K, ossia lo zero assoluto, si potrà parlare di “morte dell’universo” e di entropia totale, in quanto nessun altro evento potrà accadere (anche i singoli atomi e forse le particelle elementari che li compongono saranno così distanti tra loro che non potranno più interagire). In una situazione del genere non avrà più senso neanche lo scorrere del tempo.

Le nane bianche potrebbero essere un’eccezione

Non tutto potrebbe essere terminato con l’evaporazione degli ultimi buchi neri, comunque. Lo studio, condotto da Matt Caplan, fisico dell’Università Statale dell’Illinois, si concentra soprattutto sulle nane bianche, considerabili come il nucleo rovente, di solito di dimensioni che si avvicinano a quelle della Terra, risultanti dalla fine delle stelle di piccola o media massa come il Sole.
Nelle nane bianche il peso gravitazionale che le schiaccia letteralmente viene bilanciato da una forza detta “pressione di degenerazione elettronica”. Quando si spremono gli elettroni per farli stare il più vicino possibile, quasi attaccati, subentra una legge della meccanica quantistica che impedisce agli stessi elettroni di occupare lo stesso stato. Questa legge consente agli elettroni di spingere indietro la forza gravitazionale che tende a farle avvicinare troppo.

Nascita delle “nane nere”

Ne segue la condizione in cui le particelle delle nane bianche restano “bloccate” in un reticolo cristallino che irradia calore. Questa condizione può durare per trilioni di anni ma alla fine anche loro tenderanno a raffreddarsi e diventano nane nere.
Nelle nane nere accade pochissimo e quel poco che accade, secondo lo scienziato, è dettato ancora una volta dalle leggi della meccanica quantistica. Queste ultime permettono al particelle di attraversare le barriere energetiche. Ciò può voler dire che all’interno delle nane nere un accenno di fusione può ancora avvenire, a ritmi comunque bassissimi.
Nel nucleo delle nane nere potrebbero prodursi dei positroni, l’antiparticella degli elettroni.

Nuova era di esplosioni colossali

Per alcune delle nane nere si creerebbe un collasso gravitazionale con relativa esplosione colossale, un’esplosione molto simile a quella delle supernovae. Queste esplosioni si verificheranno dopo un tempo lunghissimo, ben più ampio di quello che c’è voluto per la fine del processo di nascita di nuove stelle e anche di quello necessario per l’evaporazione dell’ultimo buco nero.
Per arrivare alla condizione prevista da Caplan (nane nere che esplodono violentemente) ci vorranno circa 10¹¹⁰⁰ (1 seguito da 1100 zeri).
Questo periodo di esplosioni delle nane nere durerebbe poi fino a 10< sup >32000 (1 seguito da 32.000 zeri) da oggi.

Esplosioni a distanze enormi

Saranno esplosioni enormi ma probabilmente non ci sarà nessun spettatore: queste nane nere sarebbero così distanti tra loro che trovarsi in un universo osservabile dove ce n’è una sarebbe una rarità assoluta. Sarebbero dunque esplosioni nel buio, nell’oscurità e nel vuoto più totale.
Lo stesso Kaplan calcola che l’universo, per quell’epoca, sarà cresciuto a dismisura, di circa e^{10^1100} volte (una cifra immensamente e ridicolmente più grande delle enormi cifre che abbiamo fornito poc’anzi).
Quando avverrà la prima esplosione di una nana nera, “le galassie si saranno disperse, i buchi neri saranno evaporati e l’espansione dell’universo avrà allontanato tutti gli oggetti rimanenti così lontani che nessuno vedrà mai esplodere nessuno degli altri. Non sarà nemmeno fisicamente possibile per la luce viaggiare così lontano”, spiega il ricercatore.

Tutto dipende dal decadimento del protone

La teoria di Kaplan, in ogni caso, si basa interamente sull’ipotesi del non decadimento dei protoni. Se il decadimento del protone, mai osservato finora, dovesse invece avvenire, le nane nere si scomparirebbero molto prima della fase che le vedrebbe esplodere.

Approfondimenti

• Black Dwarf Supernova in the Far Future | Monthly Notices of the Royal Astronomical Society | Oxford Academic (IA) (DOI: 10.1093/mnras/staa2262)