Не останется даже чёрных дыр: когда взорвутся последние звёзды Вселенной?
Взрывы белых карликов озарят остывшую Вселенную прощальным светом.
Иллюстрация Pixabay
В остывшем до черноты белом карлике будут происходить очень медленные превращения, которые в конце концов приведут к взрыву.
Иллюстрация NASA/JPL-Caltech.
Последним интересным событием во Вселенной будут взрывы отгоревших звёзд, считает Мэтт Кэплэн (Matt Caplan) из Иллинойсского университета. К тому времени не будет не только жизни, но и чёрных дыр. Эксперт рассчитал, когда космос озарится прощальным фейерверком.
Результаты его работы описаны в научной статье, принятой к публикации в журнал Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Однажды звёзд не останется
Новые светила рождаются из сгустков межзвёздного газа в галактиках. На протяжении своей жизни (и особенно на её последних стадиях) звезда возвращает Вселенной значительную часть этого долга, исторгая из себя вещество, которое снова становится межзвёздным газом. Кроме того, некоторая часть массы звезды превращается в излучение в ходе термоядерных реакций.
Вся остальная материя концентрируется в звёздных остатках – белых карликах, нейтронных звёздах и чёрных дырах. И это окончательная смерть: такое вещество уже не имеет шанса снова стать частью звезды, рождённой из межзвёздного газа.
Белый карлик, которым когда-нибудь станет Солнце, сосредоточит в себе около половины его массы. Для большинства светил доля массы, навеки «выпадающей в осадок» в виде звёздного остатка, ещё выше.
Рано или поздно в галактиках останется слишком мало газа для рождения новых звёзд. И тогда Вселенная будет объята тьмой. Её будут озарять лишь всё ещё раскалённые, но постепенно остывающие белые карлики и нейтронные звёзды. В конце концов остынут и они.
«Это будет немного грустное, одинокое и холодное место», – описывает Кэплэн, каким станет космос в глубокой старости .
Погребальный костёр отставной звезды
Однако, по расчётам теоретика, перед окончательным наступлением вечной тьмы миру предстоит впечатляющий прощальный фейерверк. Самые массивные белые карлики озарят Вселенную огнём термоядерных взрывов.
Термоядерный взрыв белого карлика (он же – вспышка сверхновой типа Ia) происходит, когда его масса превышает некоторый предел. Эта критическая отметка (предел Чандрасекара) зависит от химического состава белого карлика.
Обычно такое происходит, если небесное тело наращивает массу. Например, белый карлик может накопить слишком много вещества, «похищенного» у звезды-компаньона, и исчезнуть в термоядерной вспышке (жадность, как известно, не доводит до добра). Такой же катаклизм может произойти, когда один белый карлик сталкивается и сливается с другим.
Но ведь масса белых карликов в остывшей Вселенной не будет расти. Всё, что может столкнуться, уже столкнётся. Все звёзды, у которых можно было бы «красть» вещество, тоже догорят. Что же тогда сможет нарушить покой мёртвого светила?
Масса такого небесного тела действительно не будет расти, отвечает учёный. Зато будет меняться химический состав, а вместе с ним и предел Чандрасекара. (Это немного напоминает анекдот о том, что цены на квадратный метр не будут расти, но будет уменьшаться квадратный метр). В конце концов предел, за которым – взрыв, станет меньше 1,2 массы Солнца.
И тогда самые массивные белые карлики, масса которых превышает эту роковую отметку, потеряют устойчивость и погибнут в термоядерном огне. Такая судьба ожидает остатки примерно 1% звёзд, наблюдающихся сегодня во Вселенной. С учётом того, что в одном только Млечном Пути насчитываются сотни миллиардов светил, это будет действительно впечатляющее зрелище (жаль, что им совершенно некому будет насладиться).
Когда Вселенной уже некуда торопиться
Хорошо, но по какой же причине будет меняться химический состав этих отгоревших остатков? Ведь белые карлики тем и отличаются от «живых» звёзд, что в них уже не происходит термоядерных реакций, превращающих одни химические элементы в другие.
На самом деле, напоминает эксперт, это не совсем верно. В белых карликах почти не происходит таких реакций. Просто это такое маленькое «почти», что его никто и никогда не принимает во внимание.
Строго говоря, при сколь угодно низкой температуре какие-нибудь два атомных ядра рано или поздно сольются между собой. Всё дело в туннельном эффекте, иногда позволяющем им преодолеть взаимное электрическое отталкивание. Правда, происходит это так редко, что зарегистрировать такой процесс невозможно. Любые небесные тела и тем более наблюдающие за ними астрономы прекратят своё существование раньше, чем подобные редчайшие акты термоядерных реакций дадут хоть какой-то наблюдаемый эффект.
Но мы ведём речь о том этапе жизни Вселенной, когда всё, что может прекратить существование, уже прекратит его. В мире просто не останется сил, меняющих судьбу белых карликов быстрее, чем это фантастически медленное превращение.
Дата последнего салюта
Итак, когда же остатки звёзд станут последними сверхновыми? По расчётам исследователя, через 10 1100 лет.
Единица и 1100 нулей после неё – это не просто большое число. Это немыслимо большое число. Достаточно сказать, что в наблюдаемой Вселенной порядка 10 80 (единица и «всего» 80 нулей после неё) атомов.
К этому времени даже чёрные дыры давно испарятся, изойдя излучением Хокинга. Поэтому Кэплэн называет взрывы переродившихся белых карликов последним интересным событием во Вселенной. После этого в мире уже вряд ли хоть что-нибудь заметно изменится.
Впрочем, некоторые (хотя и не общепринятые) модели утверждают, что за гибелью нашего мира последует рождение следующего. Например, Вести.Ru рассказывали о теории, по которой расширение Вселенной должно смениться сжатием и новым Большим взрывом.
Источник
Красные карлики — последние звезды во Вселенной
Красные карлики являются самыми распространенными звездами во Вселенной. Они скрыты от невооруженного взора человека из-за своей небольшой яркости. Их слабая светимость позволила им увеличить свою продолжительность жизни, которая на несколько порядков больше чем у Солнца.
Из 30 ближайших к нам звезд 20 являются красными карликами, но так или иначе ни одну звезду из этой двадцатки нельзя разглядеть невооруженным глазом. Ближайшая к нам звезда Проксима Центавра также является красным карликом.
Термин «красный карлик» обозначает не один тип звезд. К ним относят звезды класса К и М. Также к ним относят коричневых карликов, которые также называют «неудавшимися звездами», потому им не хватило массы, чтобы запустить реакции термоядерного синтеза.
Образование и свойства
Красные карлики образуются также , как и все другие звезды главной последовательности. Облако газа и пыли сжимается под действием собственной гравитации и начинает вращаться. Вещество все больше и больше начинает сваливаться в центр пока масса центрального объекта не станет достаточной, чтобы начать в своих недрах термоядерные реакции.
Поскольку к красным карликам относят самые маленькие звезды, то их масса составляет от 8 до 50% массы Солнца . Их малые размеры позволяют им перерабатывать в своих недрах водород с наименьшими возможными температурами, достигая лишь 3500 градусов Цельсия. Солнце, для сравнения, имеет эффективную температуру равную 5500 градусов Цельсия. Красные карлики сильно тусклее, чем звезды по типу нашего Солнца.
Низкие температуры также означают, что они расходуют свой водород намного медленнее. В то время как более массивные звезды горят при помощи синтеза гелия из водорода в своем ядре, в красных карликах этот процесс протекает по всему объему. Такой метод синтеза позволил продлить жизнь красных карликов на триллионы лет , в то время как звезды типа Солнца живут всего примерно 10 млрд лет .
Некоторые ученые также применяют термин «красный карлик» к коричневым карликам, которые в действительности не являются звездами. Жизнь коричневых карликов начинается также, как и у обычных звезд, однако им не удается достигнуть той границы массы, при которой начинаются термоядерные реакции. Иногда коричневых карликов называют «неудавшимися звездами».
Классификация красных карликов
Поскольку холодные звезды и коричневые карлики столь тусклы, могут возникнуть проблемы с их классификацией при их обнаружении. Оба объекта являются подклассами красных карликов.
Чтобы найти разницу , ученые измеряют температуру атмосфер объектов. Не осуществляющие термоядерные реакции коричневые карлики холоднее 2000 Кельвинов (1727 градусов Цельсия), а звезды в которых протекают термоядерные реакции, будут всегда горячее 2700 Кельвинов (2427 градусов Цельсия). Посередине располагается серая зона, в которую могут попадать оба подкласса красных карликов.
Изучая атмосферу объекта, ученые могут померить его температуру. Иногда спектр излучения звезды может рассказать нам о том, что происходит в ее недрах. Так, например, молекулы метана и аммония могут выжить только при относительно низких температурах, таким образом дав нам понимание того, что перед нами находится коричневый карлик. Литий в атмосфере также сообщит, что перед нами находится скорее коричневый карлик, нежели настоящая звезда.
Приют для обитаемых планет?
После образования звезды, вокруг нее продолжает вращаться газопылевое облако, из которого впоследствии образуются планеты. Уже найдено достаточно много красных карликов с планетными системами, при этом рядом с ними довольно редко встречаются планеты газовые гиганты, такие как наш Юпитер или Сатурн.
Долгое время ученые считали планеты рядом с красными карликами непригодными для обитания. Малое количество света и тепла означает, что обитаемая зона — область вокруг звезды, где вода сохраняется в жидкой форме — будет находиться слишком близко и поэтому планета будет омываться сильной звездной радиацией. Также такие планеты из-за приливных сил близкорасположенной звезды могут быть навечно обращены к красному карлику одной стороной , как, например, Луна всегда повернута одной стороной к Земле.
Однако другие расчеты показали , что некоторые планеты все же могут развиться таким образом, чтобы на них потенциально могла образоваться жизнь. Поскольку количество красных карликов составляет более чем две трети от всех звезд во Вселенной, это значительно повышает шансы появления жизни рядом с ними.
Заключение
Крошечные красные карлики являются самыми долгоживущими звездами, но так или иначе, как и все звезды, однажды и они истратят весь свой водород. Когда это произойдет, они станут белыми карликами — мертвыми звездами, которые больше не могут претерпевать термоядерные реакции в своих недрах. В конце концов, белые карлики излучат все свое оставшееся тепло и превратятся в черных карликов.
В то время как Солнце превратится в белого карлика всего через 5 млрд лет, красные карлики будут будут жить еще триллионы лет. Это существенно больше, чем возраст Вселенной, который составляет всего 13.8 млрд лет. Красные карлики хоть и немного тусклые, но зато, как та черепаха, они в конечном итоге выиграют гонку за выживание и станут последними звездами во Вселенной, после которых наступит вечная темнота.
Источник
Красные карлики: последние звезды в космосе / Новый дом для человечества
Красные карлики особенные звезды, по сравнению с другими они крошечные и тусклые, их невозможно увидеть невооруженным глазом в ночном небе. Но у них есть одно важное преимущество — их жизненный цикл длится триллионы лет.
Немного о Красных карликах.
Как и другие звезды Красные карлики состоят из водорода и гелия. Масса этих звезд иногда может достигать всего лишь 7,5% от массы Солнца. Из-за их размера Красные карлики намного холоднее и сияют менее ярко чем большинство звезд. Температура красных карликов достигает около 3500°C.
Причины долголетия.
Низкая температура, является ключом к долголетию красного карлика. Массивные звезды хранят гелий в своих ядрах, красные карлики же постоянно смешивают гелий и водород, из-за этого их «топливо расходуется» невероятно медленно, продлевая им жизнь.
Жизнь.
Большинство красных карликов будут жить как минимум 10 триллионов лет, они являются самыми долгоживущими из всех типов звезд. Как только их время подойдет к концу, они станут белыми карликами. Звезды подобные нашему Солнцу, живут около 10 миллиардов лет.
Интересно! Солнцу осталось примерно 5 миллиардов лет.
Учитывая, что нашей вселенной всего 13,8 миллиардов лет, ни один известный красный карлик ещё не вступил в более поздний этап своей жизни.
Новый дом?
Когда погибнет Солнце, людям придется искать новое место для жизни. Космическая обсерватория NASA обнаружила, что почти половина красных карликов имеют планеты с массой схожей с Землей. Многие из этих планет находятся в обитаемой зоне, в области где вода может оставаться жидкой. Ученые долго думали, что планеты вокруг красных карликов никогда не смогут поддерживать жизнь, так-как из-за низкой температуры красных карликов, планеты должны находиться слишком близко к звездам, попадая в диапазон смертельной радиации. Но новое исследование предполагает, что красные карлики с умеренным уровнем радиации могут стать прекрасным местом для нового дома.
Вокруг красных карликов насчитывается около 60.000.000.000 потенциально обитаемых планет и это только в Млечном пути. Это может стать важным для выживания человечества в будущем.
Последняя звезда во Вселенной.
Перед тем как вселенная погибнет, и мир погрузится в вечную тьму, Красный карлик станет последней надеждой человечества. Хоть, красные карлики и имеют продолжительный срок службы, но в конечном итоге они превратятся в белых карликов, а потом в черных. Но в отличии от других звезд, красным карликам требуется триллионы лет, чтобы сжечь все топливо. Хотя красные карлики довольно тусклые и относительно других звезд они намного холоднее, в конечном итоге они станут последними звездами во Вселенной.
Если Вам понравилась статья ставьте «Палец вверх», подписывайтесь на канал и делитесь статьёй с друзьями! Спасибо!
Источник
Спросите Итана №86: последний свет во Вселенной
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 (10 14 ) 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 (10 15 — 10 16 ) 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 10 60 до 10 150 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 10 18 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 10 21 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 10 21 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.
Источник