Филип Плейт - Смерть с небес. Наука о конце света

Время — это все, что у нас есть. В отдельно взятом образце протонов — скажем, в белом карлике — половина протонов распадется через 10 37лет. Еще через 10 37лет распадется еще половина и так далее. Через несколько раз по 10 37лет, или около того, все они исчезнут.

Как и при любой другой реакции распада субатомных частиц, при распаде протона создаются частицы меньшего размера и энергия. К тому времени практически все протоны будут существовать в составе других объектов — белых карликов, коричневых карликов, нейтронных звезд. Конечный результат их распада — выделение энергии, немного нагревающей объект.

Спустя продолжительное время после того, как погас последний свет термоядерных реакций, после того, как все материальные объекты в космосе остыли практически до абсолютного нуля, мы обнаруживаем еще один источник энергии: нагрев, вызванный распадом протонов.

Конечно, он слабый. Очень, очень слабый: в отдельно взятом белом карлике энергия, выделяемая при распаде протонов, составляет всего около 400 Вт. Моей микроволновке нужно больше мощности! Более того, вся Галактика, даже если она будет заполнена такими объектами, обладающими энергией распада, будет светиться с мощностью меньшей, чем одна триллионная мощности, с которой Солнце светит сегодня. Хуже того, свет, который она излучает, будет невероятно низкоэнергетичным, глубоко в радиодиапазоне электромагнитного спектра.

Если бы нам пришлось совершить прыжок в неизвестность (и это не прыжок, это трансгалактический гиперпространственный скачок) и предположить, что в разгар Эпохи распада еще существует какая-то форма жизни, тогда им лучше было бы выяснить, как экономить энергию, потому что энергию им будет брать практически неоткуда. Они даже не смогут приготовить тарелку попкорна [143] Или какую там еду, не содержащую протонов, они будут поглощать во время просмотра фильмов. .

И время у них закончится. Каждый раз, когда внутри белого карлика или коричневого карлика распадается протон, звезда теряет это количество массы. Теряет немного — протоны очень маленькие, — но со временем, в будущем, через 10 37лет, эта масса суммируется. Белые карлики будут терять массу [144] Из-за причудливой природы вырожденной материи при потере массы легкие объекты будут увеличиваться в размерах, совсем не то, что мы ожидаем. Белые карлики начинают примерно с размеров Земли, но через 10 39 лет или больше они расширятся до размеров Юпитера. и со временем полностью испарятся. Теряя массу, они будут проходить через несколько очень необычных стадий. Когда их масса будет примерно равна массе Юпитера, например, их плотность будет равна плотности воды (когда белые карлики образуются, они в миллион раз плотнее), и они будут практически полностью состоять из водорода; к тому моменту все более сложные элементы уже распадутся по мере распада протонов. Температура объекта будет настолько низкой, что он будет замороженным, шар из водородного льда 160 000 км в диаметре.

Со временем и это пройдет по мере того, как внутри карлика исчезают протоны.

Даже нейтронные звезды пройдут такой процесс испарения. Так как они содержат больше протонов, для исчезновения им потребуется больше времени, чем для белых карликов. Кроме того, они будут теплее — станут светиться при температуре −270 °C. Сегодня это считается крайне низкой температурой, но в 10 38году они будут самыми горячими из существующих объектов.

И исчезнут.

Со временем они также потеряют массу в процессе распада протонов. В определенный момент их силы тяготения уменьшатся настолько, что вырождение нейтронов уже не будет поддерживаться, и звезда внезапно раздуется во что-то наподобие белого карлика. Однако ей это не поможет — мы знаем, что произойдет дальше.

К концу Эпохи распада, невероятные 10 40лет в будущем, все галактики будут не просто мертвы, но и их трупы осквернены. Во всей Вселенной не останется ни единого протона. Больше не будет никаких звезд. Ни белых карликов, ни нейтронных звезд… даже планеты исчезнут, испарившись задолго до того, как испарятся белые карлики.

Все, что останется, — крайне низкоэнергетические протоны, несколько субатомных частиц, которые не распадаются (электроны, позитроны, нейтрино)… и черные дыры.

Черные дыры переживут Эпоху распада по одной простой причине: они состоят не из материи.

В главе 5 подробно рассказывается о черных дырах, но, в принципе, черная дыра — это объект настолько плотный, что для него скорость освобождения больше или равна скорости света. Как только черная дыра образовалась, из нее уже не исходит никакой информации, и, по сути, она отрезана от Вселенной. Любое вещество, из которого она когда-то состояла, или любое вещество, проваливающееся в нее, исчезает. Так как протонов нет, нечему распадаться. Соответственно, черные дыры продолжают существовать.

К концу Эпохи распада все, что остается, — это черные дыры и невероятно разреженный суп из излучения и субатомных частиц. После 10 40лет мы вступаем в эпоху черных дыр.

Существуют черные дыры как с массой всего в три раза больше массы Солнца, так и огромные монстры — сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, которые в нашу современную эпоху имеют массу от миллиона до миллиарда солнечных масс.

Во время испарения галактик в Эпоху распада происходит удивительная вещь. На окраинах галактики черные дыры будут самыми массивными из всех еще существующих объектов. Сегодня обычные звезды могут иметь массу, значительно превосходящую три солнечных массы — самые тяжелые имеют массу примерно 130 солнечных масс или чуточку больше, — но к тому времени они уже давно взорвутся. В Эпоху распада единственными остающимися объектами являются нейтронные звезды (максимальная масса: 2,8 солнечных масс), белые карлики (максимальная масса: 1,4 солнечных масс) и гораздо менее массивные коричневые карлики. Так как самые массивные объекты обычно смещаются в центр, а более легкие улетают в процессе испарения, после завершения этого процесса Галактика будет состоять: из 1) единственной центральной сверхмассивной черной дыры, поглотившей многие из меньших черных дыр звездной массы, которые в нее провалились; 2) большого количества (возможно, миллионов) черных дыр звездной массы, которые сместились к центру Галактики, но (еще) не были поглощены; и 3) горстки объектов с меньшей массой на больших расстояниях, многие из которых физически полностью покинули Галактику.

В процессе испарения Галактики центральная черная дыра, возможно, поглотит от 1 % до 10 % всей массы Галактики. Соответственно, к концу Эпохи распада масса черной дыры в ядре Галактики, которая начиналась с сотни миллиардов звезд, составит 1–2 млрд солнечных масс.