Астрофизики и астрономы давно выстроили теорию о конце Вселенной. Законы физики позволяют предположить, что примерно через триллионы лет звезды прекратят рождаться, галактики потускнеют и отдалятся друг от друга, а черные дыры исчезнут в результате процесса, именуемого излучением Хокинга. Космос охладится почти до нуля Кельвина (то есть абсолютного нуля) — это будет тепловая смерть Вселенной.
Однако Мэтт Каплан, преподавая этой весной астрофизику своим студентам, вдруг осознал, что никто из его коллег не задумался над судьбой последних обитателей космоса — черных карликов. Эти объекты, предсказанные теоретиками, появляются после того, как небольшие звезды, такие как Солнце, исчерпывают свою термоядерную энергию. Однако из-за малой массы они не взрываются красочными сверхновыми. Вместо этого они становятся красными гигантами, которые сжигают гелий взамен истраченного водорода, и сбрасывают «оболочки», пока не останется раскаленное компактное ядро высокой плотности размером с Землю.
Так образуются горячие белые карлики — остатки звезд, лишенные источников термоядерной энергии. В течение десятков миллиардов лет они остывают, тускнеют и постепенно превращаются в черных карликов. Хотя пока таких объектов во Вселенной не наблюдается (из-за ее молодого возраста), в теоретической физике их существование обоснованно.
По мнению Каплана, «мертвые» звезды, в недрах которых, как считается, не протекает никаких процессов, могут выступить с последним словом в угасающей Вселенной. Для синтеза ядерных реакций, которые бы разогрели холодную звезду до взрывного состояния, необходимы заряженные атомные ядра, способные преодолеть мощное электростатическое отталкивание и притянуться друг к другу. В черных карликах энергии слишком мало, но времени у черных карликов будет слишком много. По законам квантовой механики ядерный синтез в конце-концов может возобновиться, правда, на чрезвычайно низких скоростях.
Это возможно благодаря выбросам позитронов, античастиц электронов, которые возникают, например, при столкновении атомов кремния и никеля с железом. Позитроны обладают способностью медленно разрушать электроны в центре черных карликов и ослаблять давление электронного вырожденного газа (который больше не отдает энергию и уравновешивает тяготение в карлике).
Этот процесс может завершиться гравитационным коллапсом, который вызовет колоссальный взрыв, сравнимый со взрывом сверхновой, считает Каплан.
Фейерверки черных карликов начнут происходить через гигантское количество миллиардов лет, которое человеческий мозг едва может постичь, подчеркивает автор Science. Путешественники во времени, которые захотят увидеть этот концерт своими глазами, будут невероятно разочарованы: к тому моменту темная материя заполнит пространство Вселенной практически целиком, а черные карлики будут разбросаны на огромные расстояния и окружены кромешной тьмой. Разглядеть их взрывы будет невозможно.
Грегори Лафлин, астрофизик из Йельского университета, оценивает это исследование как забавный мысленный эксперимент. «Наш взгляд на чрезвычайно далекое будущее — лишь отражение нашего текущего понимания мироустройства. И он будет меняться от года к году», — отметил он в комментарии для журнала Science.
Другие теории гибели Вселенной предполагают, что черные карлики Каплана растворятся в охлажденном пространстве задолго до того, как им приспичит взорваться, потому что «вечный» протон распадется. Еще одна космологическая модель выдвигает теорию о том, что Вселенная схлопнется в результате Большого сжатия (оппозиция Большому взрыву), и финальных фейерверков тоже не будет.
Мэтт Каплан любит иногда заглядывать в далекое будущее: «Я думаю, что наше осознание собственной смертности определенно вызывает некоторое восхищение концом Вселенной».
