Могут ли исчезнувшие звезды или звездные трупы вновь дать свет Вселенной?
“Один крошечный свет создает пространство, в котором не может существовать тьма. Свет побеждает тьму. Как бы она ни старалась, тьма не может победить свет». - Дональд Л. Хикс
Хотя кажется неизбежным, что тьма в конце концов победит, когда последний фотон света исчезнет из поля зрения, это произойдет намного, намного позже, чем почти все ожидают. Среди вопросов и предложений, которые вы прислали, был этот драгоценный камень Эндрю Доддса, который задает следующие вопросы:
Я заметил эту [конкретную] систему - Лумана 16 - , которая представляет собой пару коричневых карликов. Я должен задаться вопросом - могут ли такие системы скручиваться одна в другую в течение очень, очень долгого времени и образовывать настоящего красного карлика? И если это так, значит ли это, что у нас все еще будут звезды вокруг многих, многих триллионов лет спустя?
Сегодня легко смотреть на Вселенную, особенно с лучшим доступным оборудованием, и делать вывод, что существует почти безграничный запас «вещей», которые мы можем увидеть. И чем дольше мы смотрим, тем больше видим!
Куда бы мы ни посмотрели в небо:
- центр Млечного Пути,
- сердца туманностей или звездных скоплений,
- к галактикам, которые лежат за пределами нашей,
- или даже пустой патч, который кажется совершенно пустым,
мы кажемся окруженными светящимся пространством объектов в глубоком космосе. Каждый из них, конечно же, имеет свой свет, исходящий либо от одной звезды, либо от множества многих.
Но, несмотря на все звезды в нашей галактике (их около 400 миллиардов), все галактики в пределах наблюдаемой Вселенной (минимум 170 миллиардов и, скорее всего, намного больше), и тот факт, что Вселенная расширяется, количество звездного света, доступного нашим глазам, становится меньше, а не больше.
Для этого есть две причины: одна влияет на самые дальние источники света, а другая - на ближайшие. Вот какие они.
1.) Во Вселенной преобладает темная энергия Благодаря трем независимым линиям измерения - космический микроволновый фон, далекий тип Ia сверхновых и барионных акустических колебаний - мы определили, что материя не является доминирующей формой энергии в нашей Вселенной. По крайней мере, уже нет. Вместо этого обычная материя, из которой мы состоим, и темная материя, которой примерно в пять раз больше, составляют лишь около трети всей присутствующей энергии, а остальные две трети представляют собой новую форму энергии, которая, по-видимому, присуща самому пространству.: темная энергия.
Когда темная энергия стала доминировать в расширении Вселенной около 6 миллиардов лет назад, далекие галактики, которые удалялись от нас, начали удаляться от нас быстрее, чем раньше. Со временем эти галактики удаляются от нас все дальше и дальше, и свет, который они излучают сегодня, становится неспособным достичь нас в будущем из-за экспоненциально быстрого расширения пространства.
В настоящее время, примерно через 100-150 миллиардов лет, галактики нашей местной группы - Андромеды, Млечный Путь, галактика Треугольника, Магеллановы Облака и примерно 40-к -50 других карликовых галактик - будут успешно объединены в одну гигантскую эллиптическую галактику, и уже довольно давно. Благодаря тёмной энергии все остальные, находящиеся за её пределами, унесутся на такие огромные расстояния, что станут невидимыми для наших глаз. Но у нас по-прежнему будут все звезды в нашем новом гигантском эллиптическом доме: Милкдромеда.
По крайней мере, на какое-то время. Потому что…
2.) Во Вселенной заканчивается топливо для звезд Скорость звездообразования во Вселенной ниже, чем когда-либо: всего на 3% от того, что было на пике много миллиардов лет назад. Хотя мы получим большой всплеск, когда Млечный Путь сольется с Андромедой, после этого скорость звездообразования резко упадет.
Самые массивные звезды станут сверхновыми, в то время как менее массивные, подобные Солнцу звезды сдуют свои внешние слои в планетарной туманности, а их внутренности сожмутся, образуя белые карлики. Эти сверхновые звезды и планетарные туманности со временем выбрасывают много несгоревшего (или едва сгоревшего) топлива - водорода и гелия - так что новые звезды смогут продолжать формироваться в течение триллионов и триллионов лет. Однако скорость звездообразования должна продолжать снижаться, так что через десятки триллионов лет образование даже одиночной звезды из газовых облаков будет чрезвычайно редким событием.
Есть еще кое-что, что следует учитывать: звезды с наименьшей массой являются самыми долгоживущими звездами. Грань между тем, что отделяет настоящую звезду от «неудавшейся звезды» (или коричневого карлика), заключается в том, может ли она превращать водород в гелий в своем ядре, что требует минимальной температуры ядра около четырех миллионов градусов (по Цельсию или Кельвину). Для этого требуется масса примерно от 7,5 до 8% массы нашего Солнца, и это представляет собой границу между коричневым карликом и красным карликом. А красный карлик с наименьшей массой будет сжигать свое топливо около 20 триллионов лет, что делает его более долговечным, чем любая другая звезда.
Кроме того, у красных карликов самая простая судьба: вместо того, чтобы погибнуть в катастрофической сверхновой или сдуть свои внешние слои в планетарной туманности, красные карлики могут превращать 100% своего водорода в гелий, сжимаясь вниз, чтобы сформировать гелиевый белый карлик.
Если бы вы спросили нас еще десять лет назад о том, какой тип звезд является самым многочисленным во Вселенной, мы бы ответили вам, что это звезды М-класса, или красные карлики, с примерно тремя из каждого четыре звезды, принадлежащие к этому классу. Учитывая это - плюс все подобные Солнцу звезды, которые станут красными гигантами, сбросив свои внешние слои и превратившись в углеродно-кислородные белые карлики - , вы можете подумать, что примерно через 100 триллионов (10^14) лет все, что мы остаются только эти белые карлики, усеивающие небо.
Это не так уж и далеко, на самом деле! И учитывая, что эти белые карлики остаются «белыми» от одного до десяти квадриллионов (10 ^ 15 или 10 ^ 16) лет, пока они не остынут настолько (через механизм Кельвина-Гельмгольца), что больше не излучают обнаруживаемый свет, вы может подумать, что так долго мы будем на что-то смотреть.
Но теперь мы знаем кое-что еще, благодаря инфракрасным исследованиям, таким как WISE. Видите ли, помимо всех звезд, о которых мы знаем - , и звезд, которые будут - , есть также "почти" звезды в большом изобилии. Если мы посмотрим на ближайшие к Земле звездные системы, то увидим две совсем недавние добавки: обе они являются системами коричневых карликов! И точно так же, как две красные маломассивные звезды могут слиться, чтобы образовать более голубую звезду с большей массой, два коричневых карлика, масса которых ниже порога сжигания водорода, могут фактически слиться вместе, чтобы стать настоящей звездой!
Большой вопрос, когда они сольются, и какие другие конкурирующие процессы могут изменить их судьбу? Из-за гравитационного излучения, вызывающего распад орбиты, потребуется от 10 ^ 60 до 10 ^ 150 лет, чтобы два объекта в Luhman 16 скрутились друг с другом и слились. По оценкам, масса обоих этих объектов составляет около 4% от массы Солнца, поэтому они должны образовать настоящую звезду, если-и-когда они сольются!
Но есть еще две вещи, которые делают эту судьбу данной конкретной системы маловероятной.
1.) Жестокая релаксация Если бы эти две звезды были в идеальной изоляции, все, что они могли бы сделать, это в конечном итоге слиться друг с другом. Но они будут проводить большую часть своего времени, существуя в огромной галактике, похожей на рой, с триллионом (или более) звезд и звездных трупов. Довольно часто звезда проходит очень близко от одного (или обоих) из этих коричневых карликов, и каждый раз, когда они это делают, у них есть шанс стать более тесно гравитационно связанными с галактикой и вытолкнуть эти объекты!
Конечно, это очень маловероятно, но если будет достаточно времени, произойдут даже маловероятные события. Средние сроки для чего-то подобного? Около 10^18 лет, плюс-минус. Но даже несмотря на то, что большинство объектов будет подвергнуто этому выбросу, у тех, которые будут более тесно связаны, будет шанс на другую судьбу…
2.) Объекты могут сталкиваться, что приводит к впечатляющим результатам! В зависимости от того, что сталкивается, может произойти любое количество вещей:
- При столкновении двух нейтронных звезд образуется черная дыра и гамма-всплеск.
- Если два тяжелых (углеродно-кислородных) белых карлика столкнутся, они произведут сверхновую типа Ia.
- Если столкнутся два легких (гелиевых) белых карлика, они зажгут синтез гелия, в результате чего появится звезда красного гиганта.
- И если столкнутся два коричневых карлика, они произведут либо более массивный коричневый карлик (скучно), либо новую красную карликовую звезду М-класса.
Каковы временные рамки для этого? В среднем около 10^21 лет. Так что, если у вас нет двух коричневых карликов, вращающихся очень близко друг к другу (внутри орбиты Меркурия к Солнцу, для масштаба), вы вряд ли будете вдохновлять даже в далеком будущем.
Но вы, вероятно, - пока вас не катапультируют - столкнетесь с чем-то еще. Учитывая тот факт, что у нас будут столкновения и слияния гелиевых белых карликов, а также большое количество (которое мы только начинаем измерять) столкновений и слияний коричневых карликов в масштабах времени 10^21 лет, разумно предположить, что даже после того, как последние звезды сгорят, мы получим случайную, редкую новую звезду в далеком будущем.
Если повезет, некоторые планеты, космические корабли или другие органические материалы могут оказаться в ожидании еще одного источника энергии и еще одного шанса на жизнь. Наш последний шанс возродить то, что существовало раньше, пусть даже ненадолго, может буквально появиться, когда Вселенная будет в триллион раз старше, чем сейчас, и когда эта случайная встреча приведет к тому, что на данный момент является единственной звездой. в нашей наблюдаемой Вселенной.
Так что спасибо за фантастический вопрос и возможность узнать гораздо больше о нашем далеком будущем, Эндрю; Надеюсь, вам понравилось. Если вы хотите получить шанс попасть в следующую рубрику «Спросите Итана», присылайте сюда свои вопросы и предложения, и, возможно, колонка на следующей неделе станет вашей!
Оставляйте свои комментарии на форуме Starts With A Bang в блогах Scienceblogs!