Le ultime esplosioni prima della fine dell’universo



Nell’arco di un periodo che va da trilioni a centinaia di trilioni di anni, le nane bianche emanano tutto il calore rimasto e i resti congelati vengono talvolta chiamati nane nere. Ma anche se le nane nere sono piccole e fredde, il che permette loro di rimanere stabili per immensi periodi di tempo, i calcoli di Caplan mostrano che la fusione nucleare può continuare ad avvenire grazie a un fenomeno quanto-meccanico chiamato “effetto tunnel”.

All’interno dei nuclei delle nane nere, i nuclei dei singoli atomi hanno ciascuno una carica positiva, quindi si respingono reciprocamente come i poli di un magnete. Ma secondo la teoria quantistica, ogni nucleo agisce come un’onda e come una particella. Grazie a questa proprietà simile alle onde, un nucleo riuscirà occasionalmente ad “attraversare” la barriera respingente che lo separa dal proprio vicino con una carica simile.

“Consideriamo le nane bianche oggetti totalmente inerti”, prosegue Marten van Kerkwijk, astrofisico presso l’Università di Toronto, che non è stato coinvolto nello studio. “È davvero straordinario pensare che queste tranquille stelle morte possano portare avanti il processo di fusione”.

Secondo Caplan, nel corso di svariati trilioni di anni, queste reazioni di fusione estremamente lente produrranno un elemento pesante, il ferro. Questo processo porterà anche al rilascio di positroni, che sono simili agli elettroni, ma hanno una carica positiva. Quando questi positroni incontreranno gli elettroni nel nucleo della stella, si distruggeranno a vicenda. Senza gli elettroni e la pressione da loro esercitata, la nana bianca stessa non sarà più in grado di vincere la spinta della gravità. Continuerà così a contrarsi fino a quando “rimbalzerà” verso l’esterno in un’esplosione, simile a una comune supernova.

Caplan fa notare che solo le nane bianche più pesanti, ovvero quelle con una massa superiore a circa 1,2 volte quella del sole, possono generare una tale esplosione. Anche a queste condizioni, prosegue Caplan, l’esplosione di una nana bianca sarà il destino di circa l’1% delle quasi 1023 stelle che esistono oggi.

Prima delle esplosioni le nane nere, con la loro fusione silenziosa, non rilasceranno alcuna luce visibile. “Non sarebbero visibili neppure trovandosele di fronte, fino a quando non esplodono”, aggiunge Caplan.

Se la materia stessa è instabile, tuttavia, allora i residui stellari come le nane bianche potrebbero non resistere abbastanza a lungo perché si verifichi questo lento processo di fusione. I fisici hanno ipotizzato che le particelle elementari subatomiche della materia, chiamate protoni potrebbero decadere durante periodi di tempo incredibilmente lunghi, da 1031 a 1036 anni. In tal caso, le nane bianche potrebbero evaporare prima di avere la possibilità di esplodere.

Ma fintanto che i protoni sono ancora presenti, “la fisica dello studio [di Caplan], così come i suoi risultati, sembrano essere legittimi”, afferma Fred Adams, astrofisico presso l’Università del Michigan e co-autore del libro del 1999 intitolato The Five Ages of the Universe: Inside the Physics of Eternity (Le cinque ere dell’universo: studio della fisica dell’eternità [N.d.T.]), che esplora il futuro a lungo termine dell’universo.

Anche se al momento la morte termica è la teoria più comunemente accettata riguardo alla fine dell’universo, gli astrofisici continuano a discutere su una serie di alternative. L’universo potrebbe collassare su se stesso, con tutta la materia compressa in un unico punto, collasso a cui potrebbe seguire un altro Big Bang. Oppure forse l’espansione accelerata dell’universo procederà in modo da distruggere lo spazio stesso, nel qual caso i singoli atomi finiranno per distruggersi.

Le ultime luci nel buio infinito

Nel momento in cui le nane bianche inizieranno a esplodere, l’universo sarà irriconoscibile. Le galassie avranno perso la loro struttura, mentre i residui delle singole stelle sfrecceranno liberamente nello spazio. Anche i più grandi buchi neri conosciuti probabilmente saranno evaporati da qui a 10100 anni, a causa di un processo chiamato radiazione di Hawking. Sebbene si tratti di un tempo incredibilmente lungo, non è nulla in confronto ai tempi previsti per le esplosioni delle nane bianche.

L’energia oscura, la forza misteriosa che neutralizza la gravità e determina l’espansione dell’universo, avrà separato fra loro tutti i corpi celesti rimasti, comprese le nane bianche, al punto che le distanze tra questi saranno enormi.

Senza stelle che producono calore, è altamente improbabile che a quel punto possa esistere una qualsiasi forma di vita, ma, se esisterà una tale creatura, potrà vedere solo una esplosione di nana bianca, perché le altre avverrebbero al di là del suo “orizzonte cosmologico”, la massima distanza da cui è possibile reperire informazioni di qualsiasi tipo, compresa la luce.

Anche se un tempo di 101100 anni sfida la nostra immaginazione, si tratta solo dell’inizio della fine, quando le nane bianche più pesanti inizieranno a esplodere. Per quelle più leggere occorrerà attendere più a lungo, fino a circa 1032.000  anni, secondo i calcoli di Caplan. E, nonostante queste esplosioni, il processo di morte termica dell’universo è inarrestabile. Gli scoppi delle nane bianche potrebbero essere gli ultimi momenti di gloria del cosmo.

“Dopo di ciò, l’universo sarà freddo, buio e triste per sempre”, conclude Caplan. “A meno che non esistano altre leggi della fisica che non abbiamo ancora scoperto”.

SPAZIO. LE STELLE

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