Пять возрастов Вселенной - Фред Адамс

С течением времени происходит множество таких разбросов, а их эффекты медленно накапливаются. Конечным итогом длинной последовательности подобных разбросов является перераспределение индивидуальных скоростей звезд, вращающихся по орбитам в пределах галактики. Более маленькие и легкие звезды имеют тенденцию к увеличению скорости и орбитальной энергии, тогда как более тяжелые звезды теряют орбитальную энергию. Когда в этом перераспределении «богатства» участвует много звезд, структура Галактики медленно изменяется в процессе динамической релаксации. По мере протекания этой релаксации некоторые звездные остатки приобретают столь большую энергию, что бывают вынуждены покинуть галактику. С течением времени из умирающей галактики испаряется все большее число звезд, которые, сталкиваясь, удаляются в межгалактическое пространство со скоростями, равными тремстам километрам в секунду (675 000 миль в час).

В ходе динамической релаксации число изгнанных звезд возрастает, из-за чего в галактике происходят важные структурные изменения. Поскольку галактику покидают звезды, имеющие максимальные энергии, оставшиеся звезды, в среднем, обладают меньшей энергией. Таким образом, происходит утечка энергии. В ответ на возрастающий энергетический кризис галактика вынуждена становиться меньше и плотнее. Это уменьшение галактики провоцирует еще большее число звездных сближений и изгнание все большего числа звезд. По мере ускорения этого процесса ситуация может выйти из-под контроля: галактика извергнет большую часть своих звезд, после чего их останется совсем мало и они будут сгруппированы в плотный комок.

Не слишком радужные перспективы ожидают низкоэнергетические звезды, которые упадут к центру галактики, где, как полагают ученые, имеется сверхмассивная черная дыра, причем это справедливо для каждой галактики. Эти гигантские черные дыры имеют массы, в миллионы или даже миллиарды раз превышающие солнечную. В процессе релаксации галактики черная дыра, расположенная в ее центре, поглотит блуждающие звезды, которые подойдут к ней слишком близко: окажутся в пределах горизонта событий. На протяжении всей эпохи распада эти сверхмассивные черные дыры будут постепенно увеличивать свой вес за счет непрерывного поглощения падающих звезд.

Галактики просуществуют в миллиарды раз дольше современного возраста Вселенной. Столь длительное время жизни обусловливается гигантскими расстояниями, разделяющими отдельные звезды и той медленной скоростью, с которой звезды их преодолевают. Однако по истечении достаточного времени и галактикам придется взглянуть в лицо своей гибели. В течение следующих девятнадцати или двадцати космологических декад (1019 или 1020 лет) большинство мертвых звезд в галактике покинет ее в ходе процесса испарения звезд. Маленькую и невезучую часть звезд, быть может, порядка одного процента, поглотит черная дыра, расположенная в центре галактики. По завершении данного процесса динамической релаксации жизнь галактики, фактически, подходит к концу.

В ходе релаксации и рассеивания галактики сближения проходящих звезд оказывают разрушительное влияние на любые планеты, которые до сих пор вращаются по орбитам звезд. Эти события, изменяющие траектории движения звезд, имеют тенденцию смещать планеты с занимаемых ими орбит, в результате чего планеты уносятся в безбрежную пустоту космоса. О судьбе таких «беспризорных» планет мы рассказывали в предыдущей главе. Планеты, орбитальные радиусы которых сравнимы с радиусом нашей Земли, будут выброшены из своих солнечных систем в пятнадцатую космологическую декаду. Внешние планеты с большими орбитами более чувствительны, в силу чего к тому времени они уже давно канут в вечность. Планета вроде Нептуна, орбитальный радиус которой равен тридцати астрономическим единицам, будет изгнана из солнечной системы всего через двенадцать космологических декад — триллион лет. В эпоху распада даже самые внутренние планеты могут покинуть свои орбиты. Планета, орбита которой в десять раз меньше земной (несколько меньше орбиты Меркурия), будет выброшена с орбиты примерно через семнадцать космологических декад. Таким образом, звезды утратят свои солнечные системы задолго до девятнадцатой-двадцатой космологической декады, когда они навсегда покинут галактику.

Таким образом, долгосрочное будущее планет вообще и нашей Земли, в частности, довольно безрадостна. В ближайшее время планеты попадут под обстрел кометами и астероидами, что вызовет глобальные изменения климата и катастрофические разрушения общего характера. После этого, когда родительские звезды внутренних планет раздуются до размера красных гигантов, эти планеты выгорят дотла и станут абсолютно стерильными. Потом все выжившие планеты будут силой выдворены из их солнечных систем и по одиночке выброшены в вечную тьму межзвездного пространства.

Столкновения вырожденных звезд

Редкие прямые столкновения мертвых звездных остатков являют собой мгновения воистину экстраординарного волнения, подобные восклицательным знакам, расставляющим акценты на почти бесконечно пустынных просторах эпохи распада. Эти столкновения могут породить обыкновенные новые звезды, странные новые типы звезд и эффектные вспышки.

В эту будущую эпоху большая часть обычного барионного вещества галактики сосредоточена в белых карликах. И хотя в коричневых карликах, имеющих меньшую массу, содержится меньше вещества, их присутствует примерно столько же. В большой галактике типа Млечного Пути совокупная популяция белых и коричневых карликов должна исчисляться миллиардами. В процессе движения мертвых звезд по своим орбитам время от времени происходят прямые столкновения: примерно одно такое соударение в каждые несколько сотен миллиардов лет. Если принять во внимание современный возраст Галактики, порядка десяти миллиардов лет, велика вероятность (составляющая приблизительно девять десятых) того, что звездных столкновений пока не было. Столкновения начнут происходить, когда Вселенной исполнится более нескольких сотен миллиардов лет. В пятнадцатую космологическую декаду галактику сотрясут сотни или даже тысячи столкновений.

Столкновения двух коричневых карликов интересны с точки зрения астрономии, геологии и, возможно, даже биологии. Большая доля оставшегося во Вселенной водорода заключена именно в коричневых карликах, которые не превращают его в более тяжелые элементы. Когда два коричневых карлика сталкиваются под углом, близким к прямому, они могут образовать составной звездный объект, который будет содержать основную часть исходной массы двух звезд (см. рис. 15). Если его объединенная масса превысит пороговое значение массы, которое должна иметь звезда, этот продукт взаимодействия может сжаться и нагреваться до тех пор, пока длительный водородный синтез не воспламенит новообразованное звездное ядро. Родится звезда. Маленькие красные звезды, образующиеся в результате таких причудливых столкновений, впоследствии проживут триллионы лет.

Рис. 15. Данная компьютерная модель изображает столкновение двух коричневых карликов. На трех первых картинках показаны первые несколько минут данного события. Окончательный результат столкновения, схематически изображенный на четвертой картинке, — настоящая звезда, масса которой достаточна, чтобы инициировать синтез водорода. Столкновение естественным образом создает газопылевой диск, окружающий новорожденную звезду; этот диск является средой, в которой могут образоваться планеты

Посредством этих астрономических катастроф новые звезды могут создаваться даже тогда, когда в межзвездной среде уже давно закончились все запасы газа. В галактике размером с Млечный Путь в любое данное время будет светить порядка сотни таких звезд. Совокупное свечение этих тусклых красных остатков наделяет галактику общей мощностью излучения, сравнимой с мощностью излучения современного Солнца.

Кроме того, столкновения коричневых карликов могут породить планеты. Если только это не прямое лобовое столкновение, часть газа коричневых карликов закружится слишком быстро, чтобы стать частью вновь сформированной звезды. Это вращающееся вещество легко образует околозвездный диск из газа и пыли вокруг новорожденного звездного объекта. Поскольку образование планет является вероятным исходом выделяющегося диска, эти новые звезды имеют склонность порождать новые солнечные системы.

Планеты, образующиеся в результате столкновения двух коричневых карликов, должны иметь все ингредиенты, необходимые для развития жизни. Планета, находящаяся на попечении красного карлика, может оставаться теплой триллионы лет, много больше современного возраста Земли. Эти системы имеют большой запас тяжелых элементов, включая кислород и углерод, лежащие в основе земной жизни. На планетах, вращающихся по благоприятным орбитам, может иметься и жидкая вода. В принципе, знакомые типы жизни могут возникнуть и развиться на подобных новых планетах, покуда не распадется Галактика. И только по истечении двадцатой космологической декады, когда испарится Галактика и частота столкновений коричневых карликов сведется к нулю, последние землеподобные миры падут жертвой вечной ночи.