Смерть с небес - Филип Плейт

Вскоре после того, в определенный момент, где-то во Вселенной звезда с массой чуть меньше, чем требуется для взрыва, состарится и умрет, раздувшись до красного гиганта, сбросив внешние оболочки и угаснув в виде белого карлика. Это лишь одно из длинной-длинной череды подобных событий: в нашей Вселенной 100 млрд галактик, и в каждой в среднем примерно 100 млрд звезд.

С течением времени триллионы звезд все меньшей и меньшей массы потухнут и умрут. Звезды с самой низкой массой продержатся дольше всего, но в определенный момент все они пересекут финишную черту.

Если подождать достаточно долго — ну, скажем, триллион лет, — всех звезд, подобных Солнцу, уже давно не будет, останутся только карлики с самой малой массой. Вы можете подумать, что тогда галактики будут тусклыми и красными, освещаемые лишь крошечными звездами. Что интересно, но в тот момент отдаленного будущего галактики, вполне возможно, будут такими же яркими, как сегодня. В главе 7 мы видели, что чем старше, тем ярче становится Солнце. Это происходит со всеми звездами, даже с красными карликами. Расчеты, выполненные авторами «Пяти возрастов Вселенной», Адамсом и Лафлином совместно с коллегой Женевьевой Грейвс, показывают, что звезда с 1/10 массы Солнца проживет примерно 10 трлн лет. По мере старения она становится все ярче и горячее. Сложив весь свет от всех звезд в галактике и смоделировав ее старение, они обнаружили, что общее количество света, излучаемое карликами, увеличивается ориентировочно с такими же темпами, с какими тускнеет свет от умирающих массивных звезд. Другими словами, суммарное количество света, излучаемое галактикой, останется примерно постоянным в течение нескольких сотен миллиардов лет, потому что постоянно увеличивающаяся яркость карликов компенсирует потери излучения от постепенно умирающих массивных звезд.

Когда красные карлики разогреваются, они также меняют свой цвет. Более горячая звезда приобретает более голубой оттенок, это произойдет и с красными карликами. Возможно, в течение нескольких десятков миллиардов лет галактика будет сиять демоническим красным светом, после чего постепенно изменит оттенок на более насыщенный голубой.

Но, как говорится, хорошенького понемножку. Со временем умрут даже карликовые звезды. В отличие от Солнца, ядерный синтез в котором может происходить только в ядре, в самых маленьких красных карликах топливо циркулирует. Подобно тому, как горячий воздух поднимается, а холодный опускается[132], гелий, созданный в ядре, поднимается вверх и смешивается с веществом звезды. Ядра водорода, опускающиеся в ядро звезды, могут сливаться с образованием нового гелия, который снова смешивается с веществом звезды.

Со временем в звезде заканчивается водород — и в отличие от Солнца, в котором заканчивается доступный водород в ядре, водород в карлике заканчивается совсем. Его больше нет. Пропал. С концами. Все, что осталось в звезде, — это гелий, но его массы не хватает для того, чтобы запустился синтез углерода. Звезда остывает, гелий сжимается — и звезда превращается в вырожденный белый карлик из чистого гелия (подробней об этом причудливом квантовом состоянии см. в главе 7).

Через семь или восемь триллионов лет в Млечном Пути (ну, в Млекомеде, после того как мы столкнемся с галактикой Андромеды и, вероятно, также поглотим все мелкие галактики в Местной группе) последняя карликовая звезда превратится в белого карлика. В течение триллионов лет Галактика продолжит светиться красивым синим светом, но и это пройдет.

Интересно, но на этом последнем этапе Эпохи звезд некоторые звезды с еще более низкой массой будут по-прежнему сиять. Так как в звездах с большой массой создаются более тяжелые элементы, такие как железо и магний, звезды, образующиеся позднее, будут насыщены этими веществами. Более тяжелые элементы делают звезду горячее (они поглощают свет звезды, задерживая тепло внутри), поэтому звезды с более низкой массой — возможно, даже в таком легком весе, как 0,04 массы Солнца, — смогут запустить реакции синтеза в своем ядре. Но повторюсь, нам нужно учитывать продолжительность времени: даже если превращение таких звезд в белые карлики будет отсрочено на 15 трлн лет, этот момент все равно наступит. В определенное время все звезды во Вселенной исчезнут, превратятся в белые карлики, нейтронные звезды или черные дыры.

Крошечные белые карлики со временем тускнеют (нейтронные звезды остывают даже еще быстрее), и в конце концов в Галактике совсем не остается звезд с активным синтезом элементов в ядре. В течение следующих нескольких триллионов лет эти звезды также гаснут. К тому времени, когда Вселенной будет 100 трлн лет от роду, галактики — и, следовательно, сама Вселенная — будут темными.

В далеком будущем Вселенная не только будет темнее, но будет казаться гораздо более пустой.

Стоя на морском берегу и глядя вдаль, вы можете видеть только на определенное расстояние. Поверхность Земли изгибается, скрывая более далекие объекты из виду. Горизонт — всего в нескольких километрах, и то, что находится на большем расстоянии, увидеть невозможно.

У Вселенной тоже есть горизонт. Так как ей 13,7 млрд лет, мы не можем видеть объекты, находящиеся от нас дальше, чем 13,7 млрд световых лет[133]. Вселенная может быть больше, но свет, испускаемый любыми более удаленными объектами, не успел еще дойти до нас, поэтому мы их не видим.

В действительности все еще сложнее. Вселенная расширяется — ткань пространства буквально растягивается. Находящиеся дальше объекты, похоже, удаляются от нас на больших скоростях. Если посмотреть достаточно далеко вдаль, кажется, что галактики улетают от нас со скоростью света. Мы не можем обнаружить такие галактики: их свет приближается к нам с такой же скоростью, с какой расширяется пространство. Это как бег на беговой дорожке — тот свет не может никуда попасть, поэтому он никогда не дойдет до нас[134].

Но все еще хуже. В 1998 г. было обнаружено, что Вселенная не просто расширяется, она расширяется с ускорением. Вселенная не просто увеличивается, с каждым днем увеличивается объем, на который она увеличивается.

Для далекого будущего это очень мрачное развитие событий. Так как Вселенная ускоряется, галактики, которые сейчас находятся в пределах нашего горизонта (потому что они удаляются от нас со скоростью меньше скорости света), со временем уйдут за горизонт (потому что они будут ускоряться относительно нас до скорости, превышающей скорость света)[135]. Это означает, что со временем далекие галактики погаснут для нас, потому что расширяющаяся Вселенная сотрет их из нашего поля зрения. Постепенно, со временем, галактики, которые сейчас ближе к нам, ускользнут и космический горизонт сожмется вокруг нас как петля.