Смерть с небес - Филип Плейт

10–35 секунды — это невероятно короткий отрезок времени. Но этого было достаточно для того, чтобы Вселенная кардинально изменилась. Она прошла через множество таких изменений: снижение температуры и плотности до такой степени, что смогли образоваться протоны и электроны, после чего новое снижение, и эти частицы смогли объединиться и образовать более сложные элементы, затем появились звезды, галактики и, наконец, мы.

Космические эпохи можно определять по-разному. Хороший способ — посмотреть, что в тот момент генерирует больше всего энергии. Прямо сейчас это были бы звезды. Но со временем все звезды умрут и текущая эпоха завершится. Что потом?

Астрономы Фред Адамс и Грег Лафлин подробно рассмотрели эту идею в своей книге «Пять возрастов Вселенной»[129] (The Five Ages of the Universe). Как следует из названия, они нашли пять способов разграничить время во Вселенной. До момента образования звезд продолжалась Первичная эпоха, с которой мы только что ознакомились. Сегодняшнюю эру звезд они назвали Эпоха звезд. После нее идут Эпоха распада, затем Эпоха черных дыр и, наконец, — угрожающе — Эпоха вечной тьмы. Временные рамки всех этих эпох поражают воображение и их сложно осознать. Читая ту книгу, я постоянно останавливался, чтобы посмеяться над числами. Возможно, это была защитная реакция с моей стороны — некоторые, например, свистят, проходя мимо могилы.

На самом деле эта аналогия чуточку точнее, чем мне хотелось бы.

Это всего лишь дружеское предостережение. Сейчас мы отправимся в самое длительное путешествие в вашей жизни. Оно будет таким долгим, что даже экспоненциальная форма представления чисел начнет ошеломлять. Устраивайтесь поудобнее и расслабьтесь. Вам предстоит читать эту главу долго, очень долго.

Эпоха звезд началась с рождения первых звезд. Когда именно это случилось — неизвестно, но, по самым точным оценкам, примерно через 400 млн лет после рождения Вселенной. Теоретические модели показывают, что в то время температура и плотность газа, равномерно распределенного по Вселенной, снизились настолько, что он смог сжиматься под действием собственных сил тяготения.

Эту дату также подтверждают накопившиеся данные наблюдений. Хотя нам никогда не удавалось обнаружить именно те самые первые звезды — сейчас они были бы настолько далеко, что непосредственно увидеть их было бы практически невозможно, — они воздействовали на свое окружение, и вот это можно обнаружить. Те звезды должны были состоять только из водорода и гелия (и, повторюсь, чуточки лития) — это относительно простой состав по сравнению с современными звездами. Такой химический состав позволял ранним звездам быть гораздо массивнее в среднем, чем теперешние (благодаря более тяжелым элементам современные звезды горячее, поэтому они «включаются» при гораздо меньшей массе). Согласно некоторым моделям, масса тех звезд была гораздо выше, чем 100 масс Солнца. Они заливали пространство ультрафиолетовым светом, который ионизировал находящиеся вокруг них атомы водорода, срывая электроны.

Эти электроны поляризовали свет звезд: по сути, это означает, что все волны света, исходящего от звезд, были одинаково ориентированы, как люди в помещении, которые смотрят в одном направлении[130]. Такой эффект поляризации можно обнаружить и сегодня, и в том, что касается времени появления первых звезд, наблюдения согласуются с теоретическими моделями.

Кроме того, в конце своей короткой жизни эти звезды должны были взорваться в виде сверхновых, разбрасывая вокруг первые тяжелые элементы Вселенной, из которых образуется следующее поколение звезд. Вероятно, при взрыве первых звезд возникали гамма-всплески, возможно, мы их еще обнаружим.

Мы по-прежнему живем в Эпоху звезд. Звезды — преобладающий элемент Вселенной; они генерируют большую часть энергии, которую мы регистрируем. Как мы видели в прошлой главе, через несколько сотен миллиардов лет в Млечном Пути закончатся запасы газа, из которого могли бы образовываться звезды, хотя некоторые галактики могут использовать свой газ более медленными темпами. Так или иначе, со временем газ закончится и во всей Вселенной практически никаких новых звезд рождаться не будет[131].

Мы знаем, что Солнце останется нормальной звездой еще несколько миллиардов лет, прежде чем превратится в красный гигант, зажарит Землю, потеряет свою внешнюю оболочку, а затем успокоится, превратившись в белый карлик (глава 7). Но продолжительность жизни звезды практически полностью зависит от ее массы. Звезда с массой гораздо больше массы Солнца съедает свои запасы топлива гораздо быстрее и может прожить всего от нескольких миллионов до миллиарда лет. Однако звезды с гораздо меньшей массой проживут дольше.

В настоящее время наименьшая возможная масса звезды составляет примерно 0,08 массы Солнца. При более низкой массе температура или давление в ядре будут недостаточно высокими и гелий не будет синтезироваться из водорода. Звезда такого типа — маленькая (1/10 диаметра Солнца), тусклая (1/1000 светимости Солнца), холодная (температура примерно 2760 °C) и красная. Неудивительно, что такие звезды называют красными карликами.

Представьте, что вы берете большую каменную глыбу и ударяете по ней кувалдой, разнося на куски. Среди этих кусков вы, возможно, увидите несколько крупных фрагментов, еще несколько меньшего размера и целую кучу мелких камешков и осколков. Похоже на естественное распределение звезд по размерам: когда газовое облако сжимается и из него образуются звезды, лишь несколько из них будут очень большими, некоторые будут меньшего размера, а многие еще меньше. Подавляющее большинство будет самых маленьких размеров; по оценкам, 75 % всех звезд во Вселенной являются красными карликами.

Хотя их масса составляет лишь небольшую долю массы Солнца, красные карлики невероятно скупо расходуют свое топливо и могут жить гораздо, гораздо дольше. Карлики с очень малой массой вполне могут сиять еще в течение нескольких триллионов лет.

Это дольше, чем любой другой тип звезд во Вселенной. Если мы переведем стрелки космических часов вперед, то увидим рождение последних звезд через несколько миллиардов лет. Очень скоро после этого все массивные звезды исчезнут, так как они живут недолго. Коллапс ядра последней сверхновой во Вселенной может произойти всего через 100 млн лет после рождения последней массивной звезды. Это одна секунда по сравнению с тем, сколько времени уже прошло во Вселенной.