Спросите Итана №86: последний свет во Вселенной

https://medium.com/starts-with-a-bang/ask-ethan-86-the-last-light-in-the-universe-7409ce00c184#.6gana113a
  • Перевод

Могут ли незажёгшиеся звёзды или звёздные останки вновь зажечь свет во Вселенной?


Один небольшой огонёк создаёт пространство, в котором не может существовать тьма. Свет изгоняет тьму. И как бы она не пыталась, тьма не может покорить свет.
— Дональд Л. Хикс

И хотя кажется неизбежным, что тьма, в конце концов, выиграет, когда последний фотон света покинет поле зрения, этот момент настанет гораздо позже, чем кто-либо ожидает. Среди присланных вами вопросов выделяется следующий, заданный Эндрю Доддсом:

Я обратил внимание на одну звёздную систему – Люман 16 – состоящую из двух коричневых карликов. Мне интересно – возможно ли, что такие системы объединятся друг с другом после падения по спирали, и сформируют красного карлика? И если да, значит ли это, что у нас будут звёзды даже через много триллионов лет?

Сегодня легко смотреть на Вселенную, особенно со всем доступным нам оборудованием, и заключать, что нашему взору предстаёт почти неограниченный запас материала. И чем дольше мы смотрим, тем больше видим!



Неважно, в какую часть неба мы посмотрим:
• В центр Млечного пути,
• в сердца туманностей или скоплений,
• на галактики за пределами нашей,
• или на выглядящий пустым участок неба,

мы окажемся окружёнными светящимися объектами глубокого космоса. Каждый из них светится либо потому, что это звезда, либо потому, что это группа звёзд.



Но, несмотря на все звёзды в нашей Галактике (порядка 400 миллиардов), все галактики в видимой части Вселенной (минимум 170 миллиардов, а скорее всего, гораздо больше), и то, что Вселенная расширяется, количество света, доходящего до нас, постоянно уменьшается.

Для этого есть две причины – одна, влияющая на удалённые источники, и одна – на ближайшие. Вот они.



1) Больше всего во Вселенной тёмной энергии. Благодаря трём независимым способам измерения – космическому микроволновому фоновому излучению, удалённым сверхновым типа Ia и барионным акустическим осцилляциям – мы определили, что материя не является преобладающей формой энергии в нашей Вселенной. По крайней мере, уже не является. Вместо этого нормальная материя, из которой состоим мы, и тёмная материя, которой в пять раз больше, составляют лишь треть от общего количества существующей энергии. Другие две трети – это новая форма энергия, присущая самому пространству: тёмная энергия.



Когда тёмная энергия стала доминировать в расширении Вселенной примерно 6 миллиардов лет назад, удалённые галактики, удалявшиеся от нас, начали удаляться ещё быстрее. Со временем эти галактики удаляются всё дальше от нашей, и испускаемый ими свет теряет возможность достичь нас в будущем из-за экспоненциального расширения пространства.



Сейчас понятно, что через 100-150 миллиардов лет галактики нашей местной группы – Андромеда, Млечный путь, галактика Треугольник, Магеллановы облака и ещё 40-50 карликовых галактик – сольются вместе в одну гигантскую эллиптическую галактику, и она просуществует очень долго. Благодаря тёмной энергии, все остальные внешние галактики удалятся от нас на такие расстояния, что станут невидимыми. Но у нас всё равно останутся звёзды в нашем новом гигантском эллиптическом доме: Милкдромеда.

Какое-то время. Поскольку…



2) Во Вселенной заканчивается звёздное топливо. Скорость формирования новых звёзд во Вселенной меньше, чем когда бы то ни было: всего 3% от пика, случившегося много миллиардов лет назад. И хотя мы получим большой всплеск, когда Млечный путь объединится с Андромедой, после этого скорость формирования звёзд значительно упадёт.



Самые массивные звёзды превратятся в сверхновые, менее массивные, вроде Солнца, сбросят внешние оболочки, которые потом станут планетарными туманностями, а их внутренности сожмутся и превратятся в белых карликов. Эти сверхновые и планетарные туманности выбрасывают достаточно много несгоревшего (или едва сгоревшего) топлива – водород и гелий – поэтому новые звёзды смогут и дальше формироваться на протяжении триллионов лет. Однако, скорость формирования звёзд должна будет падать и далее, и через десятки триллионов лет появление даже одной звезды из газовых облаков станет невероятно редким событием.



Вот что ещё нужно помнить: звёзды с наименьшей массой живут дольше всех. Настоящую звезду от незажёгшейся (или от коричневого карлика) отделяет то, может ли она в своём ядре синтезировать гелий из водорода. Для этого требуется минимальная температура в 4 миллиона градусов. Для этого нужна масса от 7,5 до 8% солнечной. Это и отделяет коричневых карликов от красных карликов. При минимальной массе красный карлик будет гореть 20 триллионов лет, и будет наиболее долгоживущей звездой.

Кроме того, судьба у красных карликов самая простая: вместо катастрофической гибели в виде сверхновой, или сбрасывания верхних слоёв с образованием планетарной туманности, красные карлики могут преобразовать 100% водорода в гелий, и сжаться в гелиевого белого карлика.



Если бы вы спросили нас ещё десять лет назад, какие звёзды чаще всего встречаются во Вселенной, мы бы сказали, что это звёзды М-класса, или красные карлики, и что примерно три из каждых четырёх звёзд относятся к этому классу. Учитывая это, плюс то, что все солнцеподобные звёзды станут красными гигантами, сбросят свои внешние слои и затем превратятся в белых карликов – можно было бы решить, что после 100 триллионов (1014) лет всё, что останется, это полное небо белых карликов.

И это не так уж далеко от истины! Учитывая, что эти белые карлики останутся «белыми» на срок примерно от 1 до 10 квадриллионов (1015 — 1016) лет, пока не остынут окончательно для того (согласно механизму Кельвина-Гельмгольца), чтобы перестать испускать видимый свет, можно было бы решить, что именно этот срок и отведён на то, чтобы в небе ещё оставалось, на что посмотреть.



Но сейчас известно кое-что ещё, благодаря инфракрасным наблюдениям вроде WISE. В дополнение ко всем известным звёздам – и всем будущим – существует большое количество «почти» звёзд. Если рассмотреть две ближайшие к Земле звёздные системы, то появятся два свежих дополнения: оба они представляют собою системы с коричневыми карликами. И точно так же, как две красных звезды малой массы могут объединиться и сформировать более голубую звезду большей массы, два коричневых карлика, не достигших границы сжигания водорода, могут объединиться и стать настоящей звездой!


Два коричневых карлика из системы Люман 16

Получается, что вопрос в том, когда они объединятся, и какие ещё существуют процессы, имеющие влияние на их судьбу? Исходя из того, что уменьшение их орбит происходит благодаря гравитационному излучению, двум объектам системы Люман 16 потребуется от 1060 до 10150 лет, чтобы упасть друг на друга по спирали и объединиться. Масса обоих объектов оценивается в 4% солнечной, поэтому после объединения они должны сформировать настоящую звезду.

Но есть и другие процессы, делающие именно такой исход именно этой системы маловероятным.



1) Насильственное освобождение. Если бы две эти звезды были бы идеально изолированы, то в итоге они бы упали друг на друга. Но большую часть времени они проводят в гигантской, похожей на рой, галактике, наполненной триллионом (или более) звёзд и звёздных остатков. Довольно часто какая-нибудь звезда проходит мимо одного или обоих этих коричневых карликов, и каждый раз у неё есть шанс стать более гравитационно
привязанной к галактике и вышвырнуть эти объекты наружу!

Это, конечно, маловероятно, но за достаточное время может случиться и нечто маловероятное. Среднее время для такого события составляет примерно 1018 лет. И хотя большинство объектов будут вышвырнуты, тех, что сильнее гравитационно привяжутся, ожидает другая судьба…



2) Объекты могут сталкиваться, что приведёт к потрясающим результатам! В зависимости от столкновений, может произойти что-либо из следующих событий:
• При столкновении двух нейтронных звёзд они создадут чёрную дыру и всплеск гамма-лучей.
• При столкновении двух тяжёлых (углерод-кислород) белых карликов они создадут сверхновую типа Ia.
• При столкновении лёгких (гелий) белых карликов они запустят синтез углерода и создадут красного гиганта.
• А при столкновении двух коричневых карликов те создадут либо более массивного коричневого карлика (скучно) или новую звезду М-класса.

О каких временных промежутках идёт речь? В среднем, порядка 1021 лет. Так что, если только эти два коричневых карлика не вращаются крайне близко друг от друга (внутри орбиты Меркурия, например), маловероятно, что они в конце сольются вместе.



Но вероятно, если их не выбросит наружу, что они столкнутся с чем-нибудь ещё. Если учесть, что сталкиваться и сливаться будут как гелиевые белые карлики, так и большое количество (которое мы только начинаем оценивать) коричневых карликов на промежутках порядка 1021 лет, разумно предположить, что даже после выгорания последней звезды у нас будут появляться редкие звёзды в отдалённом будущем.

Если очень повезёт, то могут появиться и планеты, космические корабли или органический материал, ожидающий появления ещё одного источника энергии и шанса к жизни. Последним шанс возродить существовавшее ранее, пусть и ненадолго, может прийти в тот момент, когда Вселенная будет в триллион раз старше сегодняшней, и когда этот шанс приведёт к появлению единственной горящей звезды во всей наблюдаемой Вселенной.



Так что спасибо за прекрасный вопрос и шанс узнать о нашем отдалённом будущем, Эндрю. Надеюсь, вам понравилось. Присылайте мне ваши вопросы и предложения для следующих статей.
Поделиться публикацией
Ой, у вас баннер убежал!

Ну. И что?
Реклама
Комментарии 29
  • +2
    Вопросы со временем лучше не становятся, да. Какой-то затянувшийся и раздутый FAQ получается, IMHO.
    • +2
      При столкновении лёгких (гелий) белых карликов они запустят синтез водорода и создадут красного гиганта.

      Наверное все-таки углерода.
      Спасибо за статью.
      • +1
        > В среднем, порядка 10^21 лет

        А Большой взрыв, как сейчас считается, произошёл 1,3*10^10 лет назад. Т.е. прошла одна стомиллиардная часть времени жизни вселенной.

        Если так подумать, получается правы были авторы статьи про то, что наша цивилизация появилась, возможно, одной из первых, и всё ещё впереди.
        • 0
          Раз будет так скучно, цивилизация уйдет в спящий режим, просыпаясь по таймеру один раз в 10^15 лет, чтобы узнать новости и дальше спать ))
          • +2
            Глядя на КДПВ, читая статью понимаешь, что важность любой личной или окружающей проблема стремится к нулю в масштабах Вселенной. Настанет день исчезнет человечество, а во Вселенной будет продолжаться процесс, запущенный миллиарды лет назад, который будет длиться ещё миллиарды лет.
            • –2
              Мы как тараканы, вряд ли исчезнем :)
            • 0
              Меня пробрала грусть от такой картины. Только представьте. Все звёзды потухли, человечество и иные существа из отдаленных галактик, научились жить в адском холоде. Но вот она! Зажглась одна, последняя звезда. И все, как на дне рожденья, соберутся у этой звезды кругом, и будут греться в её лучах. Пока она не потухнет…
              • +10

                Пост выглядит не полным без этой ссылки:
                Комплексные числа — Неизбежность: https://www.youtube.com/watch?v=xavhQ-uLOG0

                • 0
                  Ох, спасибо, добрый человек. Измучился искать этот клип, смутно помня содержание и видеоряд.
                • 0
                  как на дне рожденья

                  Скорее как ночные бабочки. Лишь увидев всплеск света миллионы кораблей различных рас людей потянутся к источнику. Окружат его и будут летать вокруг. Некоторые будут подходить так близко из-за своей жадности и сгорать. Другие же будут потреблять энергию максимально эффективно. В этих кораблях, что не будут по размерам уступать планетоидам, будут сменятся тысячи поколений. Это будет эдакая система из звезды и кораблей окутавших ее. В них будут сменятся поколения. И когда звезда начнет угасать кто-то зафиксирует еще одну планету.
                  И так будет еще очень долгие 10-ки^20 лет.
                  • 0
                    Замёрзшие бабочки не летают. Прилететь смогут только те, кто ещё не замёрз. Так что скорее всего вокруг этой пары будут ждущие корабли в анабиозе, которые проснутся только тогда, когда эта звезда загорится и их отогреет.
                • 0
                  А здесь учтено, что в поздней Вселенной будет больше тяжелых элементов и, следовательно, жизни будет куда проще возникнуть на этой основе? — ведь ей требуется не так много энергии, зато без тяжелых элементов она просто не может возникнуть в принципе — из за этого и не было её в ранней вселенной, как не было и каменистых планет и тел — были только звёзды, газовые гигантские планеты и облака легкого газа (http://spaceon.ru/obnaruzheny-pyat-samyx-staryx-planet-vo-vselennoj/; https://ru.wikipedia.org/wiki/PSR_B1620%E2%88%9226_b).
                  Поздняя Вселенная будет полна жизни, несмотря на скудность энергоресурсов.
                  • 0
                    Всё же последними, видимо, будут аккреционные диски вокруг чёрных дыр и сами чёрные дыры, вспыхивающие на последних этапах испарения. Если Вселенная будет бесконечно расширятся, конечно, и если мы чего-то не упустили.
                    • 0
                      значит ли это, что у нас будут звёзды даже через много триллионов лет

                      У нас? )
                      • 0
                        Склисс уже получил взыскание и отправлен за орбиту Плутона на метановые рудники.
                      • 0
                        Последняя нарисованная в этой статье картина — довольно жуткая. Единственная звезда посреди бесконечной темноты, обреченная на угасание. И если около этой звезды будут жить разумные существа — они точно будут одиноки во вселенной…

                        Бр-р-р.
                        • 0
                          не беспокойтесь, гораздо раньше тёмная энергия всё к чертям разорвёт
                        • 0
                          С одной стороны грустно всё это. С другой — значит, скорее всего, мы это начало! Даже какая то ответственность, прямо налагается :)

                          Ну и это должно быть здесь — Комплексные числа — Неизбежность (если ссылка не сработает — тот гуглим «Комплексные числа — Неизбежность». Даже лучше «ютюбим». )
                          • 0
                            > Ну и это должно быть здесь — Комплексные числа — Неизбежность

                            Уже было — https://geektimes.ru/post/280072/#comment_9552348
                            • 0
                              Комментарии аппрувят по нескольку часов. А телепатически узнавать содержание еще не опубликованных я, увы, не умею.
                          • 0
                            Может ли расширение пространства разогревать звёзды?
                            • 0
                              Я думал, расширение обычно приводит к охлаждению.
                              • 0
                                адиабатическое — да. Но при нём выполняется некая работа, которая и приводит к потере эренгии и охлаждению. Здесь же работа не выполняется, но потенциальная энергия растёт. Но простая логика здесь не помошник так как в космосе газы при сжатии охлаждаются а звёзды при нагреве остывают. Нужно мнение астрофизика.
                            • 0
                              Эта история очень красиво изложена в песне и видеоклипе группы «Комплексные числа» — «Неизбежность».

                              Там также учитывается возможное воздействие разумных существ на эти процессы.
                              • 0
                                Первым делом следует «прекратить безобразие» — разгильдяйское бесполезное сжигание водорода в существующих звездах. Это описано в клипе выше. Далее, когда закончится и экономно сжигаемое водородное горючее, и останутся только белые карлики — можно будет еще погреться в лучах сверхновых, возникающих при столкновении этих белых карликов. Или же организовать медленный переток вещества с белых карликов на черные дыры — этот процесс сопровождается очень эффективным преобразованием массы в энергию. Сомневаюсь, что можно медленно организовать аккрецию с нейтронных звезд на черные дыры. Эти можно будет только катастрофически сталкивать.

                                Когда же закончатся белые карлики и нейтронные звезды — можно будет еще немного погреться в излучении Хокинга от черных дыр.
                                Когда же и дыры испарятся — вот это будет настоящая тепловая смерть Вселенной.
                                • 0
                                  Задам глупый вопрос, но все эти тексты про тепловую смерть Вселенной уже реально спать не дают, и даже этот — пусть и с огромными цифрами оставшихся лет, но с удручающей перспективой бесконечных потерь. Энергия — это ведь такая штука, которая может существовать в разных формах, переходить из одной формы в другую и в некоторых из своих форм совершать полезную работу. Значит ли это (теоретически), что тёмная энергия может быть использована для полезной работы, и достаточно продвинутый разум сможет предотвратить тепловую смерть Вселенной и окончательную потерю для нас частей Вселенной, гравитационно не связанных с нашей?
                                  • 0
                                    Тут речь не о потери энергии, а постоянном возрастании энтропии. Для каких-либо сложных процессов (включая жизнь) нужна не сама энергия, а градиенты и потоки этой энергии, что обычно описывается через энтропию. При максимальной энтропии энергия идеально равномерно «размазана» по всему имеющемуся пространству и поэтому никаких градиентов и потоков этой энергии нет (точнее они существуют но всегда взаимно скомпенсированы, нет никаких направленных и упорядоченных потоков) и поэтому использовать эту энергию нет никакой возможности.

                                    И темная энергия в этом плане ничем не может помочь — она и так уже изначально равномерно размазана по всему пространству.
                                    • 0
                                      Спасибо! Вроде бы стало понятнее.
                                  • 0
                                    Для двойных звёзд — не учтено торможение от поглощения межзвёздного газа и приливные силы от соседних звёзд.
                                    Как всё это ни мало — но всё равно больше гравитационных волн.

                                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                    Самое читаемое