Die letzten Supernovae: Astrophysiker berechnet das dunkle Ende des Universums

Normal (USA) – Ein US-Physiker hat berechnet, wann in unserem Universum der letzte Stern in einer „Schwarzen Supernova“ erlöschen wird und das Universum, wie wir es kennen, sein Ende nehmen wird.

Tatsächlich ist davon auszugehen, dass das Ende unseres Universum nicht mit einem letzten lauten Knall, sondern im langsamen Aushauchen der Energie und Erkalten der letzten Sterne vor sich gehen wird.

„Unser Universum, das heute noch von Sternen hell und farbenfroh erleuchtet wird, wird dann ein trauriger, einsamer und kalter Ort sein“, erläutert der theoretische Physiker Matt Caplan von der Illinois State University und führt dazu weiter aus: „Die meisten glauben, dass alles dunkel sein wird, wenn das Universum zu Ende geht.

Das Szenario ist als Hitzetod bekannt, wenn das Universum hauptsächlich nur noch aus Schwarzen Löchern und ausgebrannten Sternen bestehen, und das dann dunkle Universum nur noch hier und da von einem stillen aufleuchten vereinzelter letzter Supernovae erhellt werden wird.

Wie Caplan aktuell im einer zukünftigen Ausgabe des Fachjournals „Monthly Notices der Royal Astronomical Society“ berichten wird, werden das vermutlich einige wenige sogenannte weiße Zwergsterne sein, die in ferner, ferner Zukunft mit einer Supernova (also einer Sternenexplosion) ihr Leben aushauchen werden – lange nachdem alles andere im Universum bereits vergangen und ruhig geworden ist.

Hintergrund
Im Universum geht der Tod massereicher Sterne mit Supernova-Explosionen einher, wenn interne Kernreaktionen Eisen im Kern produzieren. Eisen kann nicht von Sternen verbrannt werden – es sammelt sich wie ein Gift an und löst den Zusammenbruch des Sterns aus, wodurch es zur Supernova kommt. Kleinere Sterne schrumpfen hingegen am Ende ihres Lebens zu sog. Weißen Zwergen zusammen: „Sterne mit weniger als dem Zehnfachen der Sonnenmasse haben nicht genügend Schwerkraft oder Dichte, um Eisen in ihren Kernen zu produzieren, wie dies bei massereichen Sternen der Fall ist, sodass sie derzeit nicht in einer Supernova explodieren können“, erläutert Caplan.

Allerdings denkt Caplan nun weiter: „Wenn sich Weiße Zwerge in den nächsten Billionen Jahren abkühlen, werden sie dunkler, frieren schließlich regelrecht ein und werden zu ‚schwarzen Zwergsternen‘, die nicht mehr leuchten. Wie die heutigen Weißen Zwerge bestehen diese Schwarzen Zwerge dann hauptsächlich aus leichten Elementen wie Kohlenstoff und Sauerstoff und haben die Größe der Erde, enthalten jedoch ungefähr so ​​viel Masse wie die Sonne. Ihr Inneres ist also millionenfach dichter als unsere Erde.“

Doch nur weil diese Sterne dann kalt sind, bedeute das nicht, dass die Kernreaktionen aufhören: „Sterne leuchten aufgrund der Kernfusion – sie sind heiß genug, um kleine Kerne zu zerschlagen und größere Kerne zu bilden, wodurch Energie freigesetzt wird. Weiße Zwerge sind Asche, sie sind ausgebrannt, aber Fusionsreaktionen können aufgrund von Quantentunneln immer noch auftreten, allerdings viel langsamer. Fusion geschieht, selbst bei Nulltemperatur, es dauert eben nur extrem lange.“

Dieses angedachte Szenario ist für den Wissenschaftler denn auch der Schlüssel dazu, wie auch die Kerne Schwarzer Zwerge zu Eisen werden und so eine Supernova auslösen können. Danach sei es schwer vorstellbar, dass dann noch etwas komme, so der Forscher: „Die Supernova der Schwarzen Zwerge könnte das letzte interessante Ereignis im Universum sein.“

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In seiner aktuellen Studie hat Caplan nun berechnet, wie lange diese Kernreaktionen brauchen, um Eisen zu produzieren, und wie viel „Schwarze Eisenzwerge“ unterschiedlicher Größe explodieren in dem von ihm als „Black Dwarf Supernova“ bezeichneten Szenario explodieren müssen.

Hierzu hat er berechnet, dass die erste dieser „Schwarzen-Zwerg-Supernovae“ in etwa 10 noch 1100 Jahren auftreten wird: „In Jahren ist es so, als würde man das Wort Billionen fast hundert Mal sagen. Wenn Sie es ausschreiben würden, würde es den größten Teil einer Seite einnehmen. Es ist also unglaublich weit in der Zukunft.“

Natürlich, so schränkt der Forscher ein, werden nicht alle Schwarzen Zwerge so explodieren: „Nur die massereichsten Schwarzen Zwerge, etwa das 1,2- bis 1,4-fache der Sonnenmasse, werden so vergehen.“ Das bedeute aber, dass bis zu 1 Prozent aller heute existierenden (ca. eine Milliarde Billionen Sterne) Sterne auf diese Weise vergehen werden. Die übrigen bleiben Schwarze Zwerge. „Selbst bei sehr langsamen Kernreaktionen hat unsere Sonne nicht genug Masse, um jemals in einer Supernova zu explodieren, selbst in ferner Zukunft“, erläutert Caplan. „Man könnte die ganze Sonne in Eisen verwandeln und sie würde immer noch nicht explodieren.“

Caplans Berechnungen gehen davon aus, dass die massereichsten Schwarzen Zwerge zuerst explodieren werden, gefolgt von zunehmend weniger massereichen Sternen, bis nach etwa 10hoch32000 Jahren keine weiteren mehr übrig sind. „Zu diesem Zeitpunkt kann das Universum wirklich tot und still sein. Es ist schwer vorstellbar, dass danach etwas kommt. Die Supernovae Schwarzer Zwerge könnte das letzte interessante Ereignis im Universum sein. Es könnte sich um die letzten Supernovae überhaupt handeln.“

Schon wenn die ersten Schwarzen Zwerge explodieren, werden das Universum bereits nicht mehr wiedererkennen, so der Physiker weiter: „Galaxien werden sich zerstreut haben, Schwarze Löcher werden verdunstet sein und die Expansion des Universums wird alle verbleibenden Objekte so weit auseinander gezogen haben, dass niemand jemals sehen wird, wie eines der anderen explodiert. Es wird nicht einmal physisch möglich sein, dass sich Licht das Licht so weit bewegt.“

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Quelle: Illinois State University

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Andreas Müller

Autor und Publizist