Филип Плейт - Смерть с небес. Наука о конце света

Если столкнутся две нейтронные звезды, они образуют черную дыру, и об этом слиянии возвестит всплеск гамма-излучения (см. главу 4). Но этот всплеск затухнет через несколько дней, а сама черная дыра будет темной, одной из миллионов других, обращающихся в темной Галактике.

И все станет еще темней. Время идет. Через триллионы, квадрильоны, квинтиллионы лет даже коричневые карлики исчезнут. Они сольются с образованием нормальных звезд, которые в конце концов умрут или будут выброшены из Галактики. Более того, спустя такое длительное время ей будет сложно сохранить целостность. В очень отдаленном будущем сама Галактика испарится.

Столкновения звезд [140] Астрономы используют термин «столкновение», когда рассуждают о любых встречах, подразумевающих гравитационное взаимодействие двух или нескольких объектов, а не только непосредственный физический контакт, как, например, при столкновении автомобилей. — движущая сила следующего этапа эволюции Галактики. Движущийся объект обладает энергией, и эта энергия может передаваться другому объекту (что позволяет нам, например, играть в бильярд, бросать мяч, держать книгу и т. д.). Когда две звезды проходят близко друг к другу, они могут обмениваться энергией через гравитационное взаимодействие. В общем случае происходящее с двумя звездами, проходящими мимо друг друга, зависит от их массы (а также от размеров, формы и направления движения по орбите, но сейчас мы обобщаем). Объект с большей массой отдает часть своей орбитальной энергии объекту с меньшей массой. Орбиты с более низкой энергией меньше, поэтому звезда с большей массой сместится к центру Галактики, а звезда с меньшей массой — к периферии. После многих таких встреч звезды с меньшей массой «испарятся»; их выбросит из Галактики, и они отправятся бродить в глубинах межгалактического пространства.

Звезды с большей массой смещаются к центру Галактики, где их ожидает неприятный хозяин: сверхмассивная черная дыра (см. главу 8). Со временем черная дыра поглотит все массивные звезды в Галактике [141] В отличие от черных дыр меньших размеров, которые разорвут звезду на части приливными силами, приливы сверхмассивных черных дыр гораздо, гораздо слабее, поэтому звезды будут проглочены целиком. Аккреционного диска, а значит, света, излучаемого при этом событии, не будет. Впрочем, от пожирания газовых облаков у черной дыры все равно будет космическое несварение. .

Этот процесс наблюдался в гораздо меньших масштабах: в шаровых звездных скоплениях — связанных гравитацией групп примерно из миллиона звезд — звезды находятся так близко друг к другу, что такие столкновения там происходят чаще. Во всех шаровых звездных скоплениях, даже всего через несколько миллиардов лет, более массивные звезды, как правило, будут находиться ближе к центру, а более легкие звезды — снаружи.

Временные рамки испарения галактик — примерно от 10 19до 10 20лет (от 10 квинтиллионов до 100 квинтиллионов лет), соответственно в настоящее время мы не можем наблюдать этот процесс в них.

Но Вселенная еще молода. Терпение.

Между прочим, за это время шансы на то, что к Солнцу крайне близко подойдет какая-нибудь звезда, увеличиваются и приближаются к 100 %. Существует вероятность того, что уже к началу Эпохи распада (T + 10 15лет) какая-нибудь другая звезда пройдет достаточно близко от Солнца, отчего Землю выбьет с орбиты и выбросит из Солнечной системы (разумеется, любая звезда, проходящая настолько близко, вероятно, выбьет и внешние планеты, — а к тому времени Солнце — красный гигант уже поглотит Меркурий и Венеру, поэтому Земля будет самой ближней планетой). При наличии достаточного времени улетят даже планеты, находящиеся еще ближе к своим звездам; уже к середине той эпохи практически наверняка все планеты, обращающиеся вокруг любой звезды, повсюду , будут выброшены из своей системы. К тому времени, когда сама Галактика испарится за счет звездных столкновений, в межгалактическом пространстве, пожалуй, будет скитаться в десять раз больше планет, чем звезд, планет, промерзших насквозь и совершенно необитаемых.

Да и они все равно исчезнут.

Через 10 20лет после образования Вселенной галактики будут темными и в основном рассеются. Черные дыры, нейтронные звезды, белые карлики и коричневые карлики будут бродить по Вселенной (в той ее части, которую мы все еще сможем видеть из-за уменьшившегося космического горизонта), а освещенность упадет до крошечной толики той, что была когда-то.

Но даже это бесславие — еще не совсем конец.

Оказывается, материя, возможно, не вечна. Нам уже известно, что многие типы атомных ядер и субатомные частицы распадаются. Уран радиоактивен: со временем ядро урана самопроизвольно распадается на более легкие элементы (этот процесс называется делением атомного ядра ) и излучает чуточку энергии. Отдельно взятое ядро делится через случайные промежутки времени, но, если взять целую кучу ядер и регистрировать их распады, начинают проявляться статистические закономерности. Например, можно измерить время, за которое распадется половина взятого образца, и эта цифра будет относительно постоянной. В случае одной разновидности урана, для распада половины ядер с образованием свинца требуется 4,5 млрд лет. Эта продолжительность времени, соответственно, называется периодом полураспада урана. Если начать с килограмма урана, через 4,5 млрд лет у вас будет полкило урана и полкило свинца. Подождите еще 4,5 млрд лет, и половина оставшегося урана превратится в свинец (и у вас останется четверть килограмма урана). Еще через 4,5 млрд лет у вас будет 1/8 килограмма. И так далее. Со временем он весь превратится в свинец, но вам придется запастись терпением.

Отдельные частицы, такие как нейтроны, также распадаются, в этом случае с периодом полураспада, равным примерно 11 минутам, однако такое происходит, только если они в одиночестве скитаются в пространстве; в ядре нейтроны стабильны (видимо, они любят компанию). Но при распаде они создают ливень из малых частиц и энергии.

До недавнего времени считалось, что протоны будут стабильными вечно. Тем не менее во временных масштабах смерти Вселенной «вечно» принимает другое значение.

Теоретически считается, что протоны крайне редко распадаются на частицы меньшей массы, в среднем через 10 33–10 45лет (точное число неизвестно, поэтому для рассуждений возьмем средний период в 10 37лет). В настоящее время ни одного достоверного распада протона не наблюдалось [142] Нам не требуется ждать так долго, чтобы увидеть один распад: если мы соберем достаточно много, скажем 10 37 протонов, мы должны наблюдать один распад в год. Такие попытки предпринимались, ученые ждали, но протоны так и не распались. Если мы немного изменим время распада — скажем, это будет 10 38 , — тогда этот процесс становится сложнее регистрировать… но 10 38 лет — это все равно мало по сравнению с тем временем, о котором мы рассуждаем в этой главе. , но ученые вполне уверены, что это произойдет. Со временем.