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, 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.