生活在100万亿年以后的堕落时代是一种什么体验?

宇宙大爆炸至今,宇宙的年龄也只有140亿年,而人类的寿命更是只有几十年到一百年的时间。如果我们这个宇宙会一直膨胀下去,那么在未来还有足够长的时间等待着我们这个宇宙。

今天我们就来穿越到100万亿年后,看看那个时代的宇宙变成什么样子了?科学家将100万亿年到10^40年之间的时代称为是宇宙的堕落时代

现在宇宙的勃勃生机在未来100万亿年时间里将会不复存在
现在宇宙的勃勃生机在未来100万亿年时间里将会不复存在

在1万亿年到100万亿年之间的时候,宇宙中绝大多数的恒星都已经熄灭了,剩下的是一些长寿命的红矮星,宇宙中已经很长时间没有诞生新的恒星,特别是进入到100万亿年以后,宇宙中连最后一批形成的最低质量的红矮星都熄灭了。

这些红矮星的质量只有0.08个太阳质量,但是它们却能够发光10万亿年。当这批红矮星也寿终正寝的时候,它们就会慢慢冷却最后变成黑矮星

生活在100万亿年以后的堕落时代是一种什么体验?
黑矮星将会充斥在100万亿年以后的宇宙中

熄灭的红矮星让宇宙处于一片黑暗之中。但是就算是其他星系有光亮存在,也不大可能传到人类眼中了。因为那个时候除了本超星系团外的其他星系都将会发生红移。以至于连它们所发出的伽马射线的波长都超过了当时可观测宇宙的大小,所以,这些星系将不会在以任何方式被本超星系团中的人类所探测到。

红矮星的超长寿命可以使得它能够活到10万亿年以后
红矮星的超长寿命可以使得它能够活到10万亿年以后

这个时候的宇宙中,超过行星质量的天体将会只剩下棕矮星、黑矮星以及白矮星中子星和黑洞,其中宇宙的主体将会是白矮星,大约占90%的质量,但是黑矮星的数量将会遥遥领先。除非是两颗天体能够发生碰撞产生短暂的光亮,否则整个宇宙中的天体都将会因为冷却到足够冷而不再发光。

前面说了堕落时代的宇宙中的亮光将会和天体碰撞有关系。

如果两个碳氧白矮星的总质量超过钱德拉塞卡极限也就是约1.4个太阳质量,它们碰巧合并,则将经历失控的热核聚变,产生Ia型超新星并驱散简并时代的黑暗达数周之久。

中子星碰撞等天体相撞可能是未来宇宙中偶尔出现的唯一亮光
中子星碰撞等天体相撞可能是未来宇宙中偶尔出现的唯一亮光

中子星也可能发生碰撞,形成更明亮的超新星,并将多达6个太阳质量的简并气体驱散到星际介质中。这些超新星产生的物质有可能创造出新的恒星。

如果组合质量不高于钱德拉塞卡极限但大于融合碳的最小质量(约0.9倍太阳质量),则可以产生碳星,其寿命约为10^6(一百万)年。

此外,如果两颗总质量至少为0.3倍太阳质量的氦白矮星相撞,可能会产生一颗寿命为几亿年的氦星。

最后褐矮星的合并也可以形成新的恒星,相互碰撞形成一颗红矮星,可以存活10^13(10万亿)年,或以非常缓慢的速度从剩余的星际介质中吸积气体,直到它们有足够的质量开始氢燃烧成为一颗最低质量的红矮星。当然白矮星如果也能够吸收到足够的星际物质,也可能诱发Ia型超新星。

随着宇宙中的恒星纷纷熄灭,新形成的天体引力更弱,加上引力辐射的衰弱,行星的轨道将会越来越远,或者行星将因与另一颗恒星残骸相遇而引起的引力扰动而从其本地系统中弹出,称为一颗流浪行星。

在未来100万亿年的宇宙中,星系将会彻底解体,剩余的物质将会坠入核心超大质量黑洞中,变成类星体发出宇宙中最后的光亮
在未来100万亿年的宇宙中,星系将会彻底解体,剩余的物质将会坠入核心超大质量黑洞中,变成类星体发出宇宙中最后的光亮

在10^19到10^20年后,随着时间的推移,星系中的物体在被称为动力学弛豫的过程中交换动能,使它们的速度分布接近麦克斯韦-玻尔兹曼分布。动态松弛可以通过两颗天体的近距离相遇或不太剧烈但更频繁的远距离相遇来进行。在近距离相遇的情况下,两颗褐矮星或恒星残骸会彼此靠近。当这种情况发生时,参与近距离接触的物体的轨迹会略有变化,这样它们的动能就会比以前更接近平衡。在多次相遇之后,较轻的物体往往会加快速度,而较重的物体则会失去速度。

由于动力学弛豫,一些天体将获得刚好足够的能量以达到星系逃逸速度并离开星系,留下一个更小、更密集的星系。由于在这个密度更大的星系中相遇更频繁,因此这个过程会加速。最终结果就是大多数物体(90%到99%)被从星系中弹出,留下一小部分(可能是1%到10%)落入中央超大质量黑洞。有人认为,坠落的残余物质将在其周围形成一个吸积盘,只要那里存在足够的物质,就会形成一个类星体,爆发出黑暗宇宙中最明亮的光芒。

在10^23年以后,整个宇宙的物质密度已经无限趋近于零,宇宙的温度也无限趋近于零。这会导致除黑矮星、中子星、黑洞和行星之外的大多数物质在热平衡时电离和消散。

在接下来到10^32年以后,连质子都可能衰变了,那是一个更加遥远的时代。

如果有文明能够幸存到堕落时代,那么这个文明的前景当然是极为暗淡,它们获取能量的方式将会变得越来越困难。毕竟连黑矮星自身的温度都可能降低到绝对零度附近,这个时候,想要获取足够的温度,就不得不将两颗天体相撞让物质聚集来提取其中的剩余能量。

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