Американский физик рассчитал, когда погаснет последняя звезда в нашей вселенной, превратившись в «черную сверхновую», и когда вселенная, какой мы ее знаем, придет к своему концу.
Художественное изображение темно-коричневого карлика, который может быть похож на черных карликов, предсказанных на далекое будущее. © NASA / JPL-Caltech
Ведь на самом деле, можно предположить, что конец нашей вселенной наступит не с последним громким взрывом, а с медленным выдохом энергии и охлаждением последних звезд.
«Наша вселенная, которая до сих пор ярко и красочно освещена звездами, станет тогда печальным, одиноким и холодным местом», - объясняет физик-теоретик Мэтт Каплан из Университета штата Иллинойс и продолжает: «Большинство считает, что когда вселенная закончится, все погрузится во тьму».
Этот сценарий известен под названием «тепловая смерть», когда вселенная будет состоять в основном из черных дыр и сгоревших звезд, а тогдашняя темная вселенная будет освещена лишь кое-где тихим светом последних нескольких сверхновых.
Как пишет Каплан в статье, которая выйдет в следующем номере журнала Monthly Notices der Royal Astronomical Society, это, вероятно, будут несколько так называемых белых карликов, которые будут в далеком-далеком будущем выдыхать свою жизнь в виде сверхновых (то есть звездных взрывов) - когда уже все остальное во вселенной давным-давно пройдет и затихнет.
Подоплека
Во вселенной смерть массивных звезд сопровождается взрывами сверхновых, когда внутренние ядерные реакции производят в ядре железо. Железо не может быть сожжено звездами - оно накапливается в них, словно яд, и вызывает коллапс звезды, создавая сверхновую. Однако более мелкие звезды в конце своей жизни сжимаются до так называемых белых карликов. «Звезды, масса которых меньше, чем в десять раз превышает массу Солнца, не обладают достаточной гравитацией или плотностью для образования железа в своих ядрах, как это происходит в массивных звездах, поэтому они пока что не в состоянии взорваться сверхновой», - объясняет Каплан.
Но теперь Каплан решил заглянуть в очень далекое будущее: «Когда в течение следующего триллиона лет белые карлики остынут, они станут темнее, и в конечном итоге замерзнут и станут «черными карликами», которые больше не светятся. Как и современные белые карлики, эти черные карлики будут состоять в основном из легких элементов, таких как углерод и кислород, и иметь размеры Земли, но их масса при этом будет примерно равна массе Солнца. А их тела будут в миллионы раз плотнее нашей Земли».
Но то, что эти звезды будут уже холодными, совершенно не означает, что ядерные реакции прекратятся: «Звезды светятся из-за ядерного синтеза - они достаточно горячие, чтобы разбивать маленькие ядра и образовывать более крупные, выделяя энергию. Белые карлики - это фактически пепел, они сгорели, но реакции синтеза все еще могут происходить из-за квантового туннелирования, хотя и намного медленнее. Термоядерный синтез происходит даже при нулевой температуре, но это занимает очень много времени».
Для ученого этот предполагаемый сценарий стал ключом к тому, как ядра черных карликов могут превратиться в железо и, таким образом, вызвать сверхновую. Зато после этого сложно представить, что что-то будет существовать и дальше, считает исследователь: «Сверхновая в виде черного карлика может стать последним заслуживающим внимания событием во вселенной».
В своем текущем исследовании Каплан подсчитал, сколько времени необходимо в этих ядерных реакциях для образования железа и сколько «черных железных карликов» разного размера взорвется, образуя то, что он называет «сверхновой черной карликовой звездой».
С этой целью он подсчитал, что первый из таких «сверхновых черных карликов» появится где-то в период через 10 - 1100 вселенских лет: «В земных годах это примерно столько же, как повторить триллион почти сотню раз. А если попытаться это число написать, оно займет почти целую страницу. То есть это невероятно далекое будущее».
Разумеется, говорит исследователь, не все черные карлики взорвутся сверхновыми: «Так погибнут только самые массивные черные карлики, масса которых примерно в 1,2–1,4 раза больше солнечной». Но это означает, что до 1 процента всех звезд, существующих сегодня (примерно один миллиард триллионов звезд), погибнут именно таким образом. Остальные же останутся черными карликами «Даже при очень медленных ядерных реакциях у нашего Солнца массы недостаточно, чтобы когда-либо взорваться сверхновой, даже в самом далеком будущем», - объясняет Каплан. «И пусть даже все Солнце превратится в железо, оно все равно не взорвется».
Расчеты Каплана предполагают, что сначала взорвутся самые массивные черные карлики, а за ними последуют все менее массивные звезды, пока примерно через 10–32 000 вселенских лет их не останется. «На тот момент вселенная действительно может быть мертвой и безмолвной. И очень трудно себе представить, что после этого что-то еще будет в ней происходить. Сверхновые в виде черных карликов могут стать последним заслуживающим внимания событием во вселенной. И именно такой может стать последняя сверхновая звезда в истории космоса».
Даже уже тогда, когда взорвутся первые черные карлики, вселенная изменится до неузнаваемости, продолжает физик. «Галактики рассеются, черные дыры испарятся, а расширение вселенной разнесет все оставшиеся объекты так далеко, что никто и никогда не сможет увидеть взрывов других. При этом даже физически будет невозможно перемещение света на столь далекие расстояния».
0
