Что будет когда погаснут все звезды во вселенной

Что будет когда погаснут все звёзды?

Если жизненный цикл звёзды, черной дыры и прочих массивных объектов конечен, то что ждёт Вселенную, когда последний такой объект закончит свой жизненный цикл?

Звёзды живут за счёт переработки лёгких атомов в более тяжёлые. Когда запасы водорода (H) в звезде исчерпываются — звезда погибает. Из обломков нескольких звёзд и межзвёздного газа могут формироваться новые звёзды и жизненный цикл звезды повторяется, но с каждым новым циклом в звёздах становится всё меньше водорода.

Так, будет продолжаться пока, все атомы водорода во вселенной не будут переработаны в ходе жизненного цикла звёзд в атомы железа (Fe). После этого новые звёзды перестанут рождаться, вселенная погрузится во тьму и в ней останутся только планеты, чёрные дыры и остывшие ядра звёзд.

Если вселенная продолжит расширяться с текущей скоростью, то это произойдёт не ранее, чем через 1-100 триллионов лет, но если учесть ускоренной расширение Вселенной, то уже через 30 млрд лет, водород не сможет собираться в новые звезды, и вселенная будет заполнена ещё и разреженным водородом.

Наступит эпоха чёрных дыр, они будут поглощать оставшееся вещество, но со временем оно закончится, и ещё через примерно 17 септдециллиардов (10¹⁰⁵) лет все чёрные дыры испарятся в последний раз озарив Вселенную светом.

Наступит тепловая смерть Вселенной, пространство продолжит существовать, а материя при этом не исчезнет бесследно просто будет существовать в виде фотонов и не сможет образовывать сложные структуры.

Однако исследования последних лет показывают, что большой разрыв произойдёт гораздо раньше, чем Вселенная дойдёт до тепловой смерти. При нём все объекты во Вселенной будут разорваны на субатомные частицы и растянуты на бесконечно большое расстояние. Случится это не раньше, чем через 20-22 миллиарда лет.

Источник

Когда звезды совсем погаснут?

Сколько времени нужно звездам, чтобы остыть после того, как они исчерпают свое ядерное топливо? Когда появятся какие-нибудь «черные» карлики? Существуют ли они сегодня? Эти вопросы хотя бы раз в жизни приходят в голову каждому человеку. Давайте начнем с разговора о жизни звезд и пройдем весь путь от их рождения к смерти.

Когда облако молекулярного газа коллапсирует под действием собственной силы тяжести, всегда есть несколько регионов, которые начинают с чуть большей плотности, чем другие. Каждая точка в этой материи изо всех сил пытается притянуть больше другой материи к себе, но эти регионы сверхплотности притягивают материю чуть эффективней других.

Поскольку гравитационный коллапс — это протекающий процесс, чем больше материи вы привлекаете, тем быстрее дополнительная материя стремится к вам. Хотя могут потребоваться миллионы или даже десятки миллионов лет, чтобы молекулярное облако перешло от большого диффузного состояния в относительно сжатое, процесс перехода от состояния плотно сжатого газа к новому скоплению звезд — когда в самых плотных регионах начинается ядерный синтез — занимает всего несколько сотен тысяч лет.

Когда у этих ярчайших звезд заканчивается топливо, они умирают в красочном взрыве сверхновой II типа. Когда это происходит, внутреннее ядро взрывается, коллапсирует до нейтронной звезды (для ядер с низкой массой) или даже до черной дыры (для ядер высокой массы), в то время как внешние слои выходят обратно в межзвездную среду. Там эти газы будут вносить свой вклад в будущие поколения звезд, предоставляя им тяжелые элементы, необходимые для создания твердотельных планет, органических молекул и, в редких случаях, жизни.

Черные дыры по определению сразу становятся черными. В отличие от аккреционного диска, их окружающего, и чрезвычайно низкотемпературного излучения Хокинга, вытекающего с горизонта событий, черные дыры практически сразу после коллапса ядра становятся сущей тьмой.

Видите ли, нейтронная звезда забирает всю энергию в ядре звезды и коллапсирует чрезвычайно быстро. Когда вы что-то берете и быстро это сжимаете, вы вызываете внезапный рост температуры: так работает поршень дизельного двигателя. Коллапс звездного ядра до нейтронной звезды может быть самым мощным примером быстрого сжатия. За секунды-минуты ядро из железа, никеля, кобальта, кремния и серы на много сотен или тысяч километров в диаметре коллапсирует до шарика диаметром порядка 16 километров. Его плотность вырастает в квадриллион раз (10^15), температура тоже существенно повышается: до 10^12 градусов у ядра и до 10^6 градусов на поверхности.

И вот в чем проблема.

Когда вся эта энергия заключена в коллапсирующей звезде вроде этой, ее поверхность становится настолько горячей, что светится только голубовато-белым цветом в видимой части спектра, однако большую часть ее энергии не видно даже в ультрафиолете: это рентгеновская энергия. В этом объекте хранится чрезвычайно много энергии, но единственный способ выпустить ее во Вселенной — через поверхность, а площадь поверхности мала.

Есть и другие звезды, которые погаснут быстрее.

Видите ли, подавляющее большинство звезд — оставшиеся 99% — не становятся сверхновыми, а в процессе своей жизни медленно усыхают до белых карликовых звезд. «Медленно» в нашем случае — это только по сравнению со сверхновыми: потребуются десятки или тысячи лет, а не секунды-минуты, но это достаточно быстро, чтобы уловить почти все тепло звезды в ядре. Разница в том, что вместо того, чтобы улавливать ее в сфере диаметром 15 километров или около того, это тепло будет сосредоточено в объекте размером с Землю, в тысячу раз больше нейтронной звезды.

В белых карликах нейтрино утекают незначительно, а это значит, что излучение с поверхности будет единственным важным эффектом. Когда мы рассчитываем, как быстро может улетучиться тепло, это приводит нас к срокам охлаждения белого карлика в 10^14 или 10^15 лет. После этого карлик остынет до температуры чуть выше абсолютного нуля.

Это означает, что через 10 триллионов нет (что в 1000 раз дольше времени существующей Вселенной) поверхность белого карлика остынет до температуры, которую уже будет не разглядеть в видимом световом режиме. И когда это время пройдет, во Вселенной появится совершенно новый тип объекта: черная карликовая звезда.

Забавно представлять нашу Вселенную, наполненную звездами, которые объединены галактиками, разделенными гигантскими расстояниями. К тому времени, когда появится первый черный карлик, наша местная группа сольется в одну галактику, большая часть звезд выгорит, останутся лишь маломассивные красные и тусклые звезды.

И все же среди этого всего родится новый объект, которого пока наша Вселенная не знала. Даже если мы никогда не увидим его, мы знаем, какова будет его природа, как и почему он появится. И это, уже само по себе, остается удивительной способностью науки.

Источник

Что будет с жизнью во Вселенной после того как погаснут все звезды

Через 100 триллионов лет во Вселенной больше не будет горячих и ярких звезд, они все погаснут, став черными дырами, нейтронными звездами или остывшими и ничего не излучающими в видимом диапазоне черными карликами. Где можно будет жить в мертвой Вселенной?

Чем больше масса у звезды, тем быстрее в ней сгорает топливо, поэтому самые массивные звезды живут недолго, а самые тусклые являются долгожителями. Через 5-10 миллиардов лет сойдут с главной последовательности самые благоприятные для жизни звезды подобные нашему Солнцу и жизнь рядом с ними станет невозможна. Если к тому времени человечество будет существовать нашим потомкам придется искать новый дом.

Через 5 миллиардов лет Солнце станет красным гигантом и увеличится в 250 раз, Меркурий и Венера окажутся внутри его фотосферы и сгорят, Земля будет раскаленной и необитаемой пустыней. Возможно в зоне обитаемости будут Плутон и его спутник Харон, спутники газовых гигантов окажутся слишком горячими и не пригодными для жизни.

Не смотря на то что Плутон может оказаться в зоне обитаемости человечество сможет его использовать только как временную базу или одну из космических роботизированных колоний, жизнь на нем вряд ли будет возможна. Многочисленные льды на поверхности Плутона и Харона расплавятся, а появившаяся вода со временем испарится. Малая масса не способна удержать газы в атмосфере и водяной пар будет рассеиваться в космическом пространстве. Отсутствие магнитного поля, плотной атмосферы, кислорода, крайне вытянутая орбита и огромная разница в сезонах сделают выживание на Плутоне невозможным.

Источник

Что будет когда погаснут все звёзды?

Один из подписчиков прислал мне следующий вопрос:

Если жизненный цикл звёзды, черной дыры и прочих массивных объектов конечен, то что ждёт вселенную, когда последний такой объект закончит свой жизненный цикл? Или следуя постулату что ничего бесследно не исчезает, вселенная вечна и никогда не исчезнет?

Ставьте палец вверх чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!

Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал на youtube . Каждую неделю там выходят видео, где я отвечаю на вопросы о космосе, физике, футурологии и многом другом!

Источник

Спросите Итана №98: когда погаснут звёзды?

Сколько времени потребуется звёздам, чтобы остынуть после того, как они израсходуют своё ядерное топливо? Будут ли у нас «чёрные карлики»? Есть ли они сегодня?

Начнём разговор с жизни звёзд и пройдёмся по ней до самого конца, чтобы подробно изучить этот момент.

Когда облака молекулярного газа коллапсируют под воздействием гравитации, всегда находятся регионы чуть более плотные, чем другие. Каждая часть пространства, где есть материя, пытается привлечь всё больше материи, но эти сверхплотные регионы привлекают материи больше остальных.

Поскольку гравитационный коллапс – процесс стремительный и неконтролируемый, то чем больше материи вы привлекаете, тем быстрее привлекается дополнительная материя. И хотя у большого и рассеянного облака могут уйти миллионы и десятки миллионов лет на превращение в плотный объект, процесс перехода от простого сколлапсированного состояния плотного газа до нового звёздного скопления – где самые плотные регионы зажигают в своих недрах реакции синтеза – проходит всего за несколько сотен тысяч лет.

В новом звёздном скоплении легче всего заметить самые яркие звёзды, которые будут и самыми массивными. Это самые яркие, голубые и горячие из существующих звёзд, их масса в сотни раз превышает массу Солнца, а яркость – в миллионы. Но, несмотря на то, что это самые выдающиеся звёзды, они ещё и самые редкие, и составляют гораздо меньше 1% от всех известных. Также это самые быстроживущие звёзды, так как они сжигают всё ядерное топливо всего за 1-2 миллиона лет.

Когда топливо у этих самых ярких звёзд кончается, они погибают в потрясающем взрыве сверхновой II типа. В этот момент внутреннее ядро схлопывается до нейтронной звезды (в случае ядер малой массы) или даже до чёрной дыры (для массивных ядер), а внешние слои выбрасываются в межзвёздную среду. Там обогащённые газы создадут следующие поколения звёзд, обеспечивая тех тяжёлыми элементами для создания каменистых планет, органических молекул, а в очень редких и чудесных случаях – жизнь.

Чёрные дыры, по определению, сразу становятся чёрными. Они становятся такими практически мгновенно, за исключением окружающих их аккреционных дисков и низкотемпературного излучения Хокинга.

Но нейтронные звёзды – это совсем другой коленкор.

Нейтронная звезда собирает всю энергию в ядре звезды и коллапсирует чрезвычайно быстро. Если что-либо очень быстро сжать, его температура повысится – так работает поршень в дизельном двигателе. Коллапс ядра звезды до нейтронной звезды – наверно, предельный пример быстрого сжатия. За несколько секунд или минут ядро из железа, никеля, кобальта, кремния и серы диаметром во много сотен тысяч километров сжимается до шарика размером не более 16 км. Его плотность увеличивается в квадриллион раз, в 10 15 , а температура растёт до 10 12 К в центре и до 10 6 К на поверхности.

И вот тут появляется проблема.

Вся эта энергия хранится в сколлапсировавшей звезде, и её поверхность такая горячая, что звезда не только светится светло-голубым светом в видимой части спектра, но и излучает в невидимом рентгеновском диапазоне (даже не ультрафиолете)! В этом объекте заключено безумное количество энергии, но выпускать её во Вселенную он может только через поверхность, которая весьма мала.

Вопрос в том, сколько времени уйдёт у нейтронной звезды на охлаждение? Ответ зависит от той части физики нейтронных звёзд, которая на практике не очень изучена: охлаждения нейтрино! Видите ли, если фотоны (излучение) хорошо поглощаются обычной, барионной материей, нейтрино могут беспрепятственно проходить сквозь нейтронную звезду. В самом быстром случае нейтронные звёзды могут остыть и скрыться из видимой части спектра за 10 16 лет, то есть «всего лишь» за время, в миллион раз большее возраста Вселенной. Но в медленных случаях это может занять от 10 20 до 10 22 лет – то есть, придётся немного подождать.

Но есть и другие звёзды, становящиеся чёрными быстрее.

Большинство звёзд – 99% с хвостом – не становятся сверхновыми, а в конце жизни медленно сжимаются до белых карликов. Медленно это происходит только по сравнению со сверхновыми: это занимает десятки и сотни тысяч лет, а не секунды и минуты, но это всё равно достаточно быстро для того, чтобы сохранить всё тепло ядра звезды. Разница в том, что вместо заключения её в сфере диаметром в 16 км, тепло заключено в объекте размером «всего лишь» с Землю, то есть в тысячу раз большем.

Это значит, что хотя температуры белых карликов могут быть большими – более 20 000 К, то есть, в три раза больше, чем у Солнца – они остывают гораздо быстрее нейтронных звёзд.

Излучение нейтрино для белых карликов пренебрежимо мало, то есть основное излучение идёт с поверхности. При подсчёте того, как быстро тепло может покинуть тело через излучение, получается, что белые карлики (такие, какой получится из Солнца), остынут примерно за 10 14 — 10 15 лет. Это время уйдёт на остывание до нескольких градусов выше абсолютного нуля.

Это значит, что после примерно 10 триллионов лет, или «всего лишь» в 1000 раз дольше текущего возраста Вселенной, температура поверхности белого карлика упадёт так, что он перестанет быть видимым. По истечению этого времени во Вселенной появятся совершенно новые объекты: чёрные карлики.

Так что придётся разочаровать тебя, Стив, сегодня чёрных карликов не существует. Вселенная слишком молода для них. Самые холодные из белых карликов, по нашим подсчётам, потеряли не более 0,2% всей энергии с тех пор, как самые первые из них появились во Вселенной. То есть, для белого карлика с температурой в 20 000 К это значит, что его температура упала до 19 960 К, и до тёмной звезды ему ещё очень далеко.

Забавно, как мы представляем нашу Вселенную, наполненную светящимися звёздами, собранными вместе в галактики, разделённые огромными пространствами. К тому времени, когда появится первый чёрный карлик, наша группа галактик объединится в одну единую, Милкдромеду, большинство звёзд, которые когда-либо возникнут, уже отгорят своё, а оставшиеся будут иметь наименьшую массу, и будут самыми красными и тусклыми из всех.

Кроме этого, все остальные галактики покинут пределы нашей досягаемости, благодаря тёмной энергии. Шансы на существование жизни будут крайне малы, и звёзды вместе со звёздными трупами начнут вылетать из галактики из-за гравитационных воздействий быстрее, чем будут формироваться новые.

И на этом фоне, тем не менее, впервые за долгое время появятся новые объекты. И хотя мы никогда не сможем увидеть и воспринять такой объект, о природе мы знаем достаточно для того, чтобы знать не только о том, что они будут существовать, но и о том, как и когда они появятся. И само по себе это – одно из самых удивительных свойств науки!

Источник