Suponiendo que la desintegración de protones es falsa, ¿cuál es el destino final de una estrella de neutrones o una enana blanca?

Esta es una pregunta clásica en escatología física , ver qué sucede si extrapolamos la comprensión actual de la astrofísica hacia adelante. Los artículos clásicos son (Dyson 1979) y (Adams & Laughlin 1997) .

Obviamente, en escalas de tiempo muy largas, las enanas blancas se enfrían y cristalizan. y convertirse en "enanas negras". Esto está bastante bien establecido a partir de la observación y el modelado, aunque las etapas finales no se han estudiado mucho.

Si se puede capturar la materia oscura que interactúa débilmente, los objetos densos adquirirían halos internos: en este caso, si la materia oscura es una mezcla de partículas y antipartículas, se produciría cierta aniquilación, calentando el objeto durante mucho tiempo. Si, en principio, no es aniquilador, podría acumularse hasta que el objeto implosionara en una estrella de neutrones o un agujero negro. Esto depende en gran medida del modelo de materia oscura, por lo que debe considerarse como una conjetura.

Sin embargo, está bastante bien establecido que las galaxias se disuelven debido a las interacciones gravitacionales en escalas de tiempo prolongadas, y esto arrojará dichos objetos al agujero negro central antes de que puedan colapsar plausiblemente, o los expulsará al espacio intergaláctico donde ya no adquirirían materia oscura. .

El destino de las enanas negras intergalácticas y las estrellas de neutrones sin desintegración de protones depende de qué otros modos de desintegración y cambio sean posibles. En las enanas blancas, la fusión picnonuclear continuaría hasta que todos los elementos fusibles se hayan fusionado. Dyson estimó la escala de tiempo hasta que todo sea de hierro para$10^{1500}$años, aunque hay efectos ambientales en las enanas blancas que probablemente aceleran las cosas. En realidad, esto puede hacer que las enanas blancas más pesadas (por encima de 1,2 masas solares) colapsen y se conviertan en supernovas en una escala de tiempo de$10^{1100}$años ( Caplan 2020 ).

Dyson señaló que en escalas de tiempo de$10^{65}$años la materia se comporta como un fluido cuántico debido a la tunelización. Pero esto no cambia mucho la estructura de los objetos restantes. Un problema más importante puede ser el túnel hacia estados de agujeros negros donde una pequeña parte del objeto se une para formar un pequeño agujero negro que se evapora. Adams y Laughlin estiman plazos de$10^{45}$años para las estrellas de neutrones y$10^{336}$años para que las enanas blancas se evaporen de esta manera.

Incluso si esto no sucede, se puede argumentar que las fluctuaciones termodinámicas finalmente disuelven los objetos unidos, ya que esto minimiza la energía libre de Gibbs.$E-TS$: a una temperatura finita (que es la suposición estándar para acelerar la expansión en$\Lambda$CDM) si hay suficiente espacio la entropía$S$se puede maximizar separando partículas a pesar de cierta energía de enlace: el túnel eventualmente disolverá todo. Esto es similar a la discusión sobre la paradoja de Herzfeld de la ionización espontánea de los átomos de hidrógeno . La mera presencia de otra materia "fuera del laboratorio" normalmente estabiliza los sistemas ligados, pero en un futuro muy lejano los sistemas aislados se desestabilizan. Esto supone que (1) las temperaturas permanecerán finitas (es decir, nuestra comprensión de la radiación del horizonte y la expansión acelerada continua son correctas), (2) no hay otros límites para la disociación, (3) el argumento de la energía de Gibbs es válido en este contexto. Los tres pueden ser debatidos.

En general, la tendencia parece ser que la maximización de la entropía tenderá a disolver los objetos en partículas aisladas, mientras que la gravedad simplemente los mantiene juntos o provoca la implosión en los agujeros negros a través de algún camino, seguido de la evaporación.