что нового во вселенной
Самые интересные космические открытия в 2020 и 2021 году
В прошедшем году ученые не только делали новые открытия — в списке космических загадок тоже случилось пополнение: это странные радиокруги, исчезающие планеты, следы самого мощного межгалактического взрыва и даже непонятно как выжившая сверхновая.
Самая «экстремальная» экзопланета
В рядах экзопланет появилась новая — K2-141b. Это каменистая и раскаленная экзопланета. Да, как и на Земле, на ней есть океаны, которые испаряются, превращаясь в облака, а затем конденсируются и выпадают обратно на поверхность в виде дождя. Только в случае с K2-141b речь идет не о воде, а о камнях.
В 2020 году астрономы смоделировали атмосферу и погоду K2-141b и получили весьма впечатляющую картину. Дневная сторона планеты нагревается до 3000 °C, превращая поверхность в огромный океан лавы глубиной 100 км. Камень фактически испаряется при такой температуре, создавая атмосферу, в основном состоящую из диоксида кремния. Сверхзвуковой ветер переносит двуокись кремния на ночную сторону планеты, где она охлаждается при температуре ниже –200 °C и выпадает в виде каменного дождя.
Планета, которой никогда не существовало?
Экзопланета Дагон (ранее Фомальгаут b) была обнаружена возле звезды Фомальгаут — одной из самых ярких звезд на ночном небе, расположенной всего в 25 световых годах от Земли. Экзопланету ученые обнаружили в 2008 году, и она была первой экзопланетой, обнаруженной напрямую, а не косвенными методами наподобие наблюдения за эффектами, которые проявляются у родительской звезды.
Но в 2020 году астрономы попросту не нашли Фомальгаут b на небе. После анализа десятилетних наблюдений Хаббла оказалось — то, что было ярким пятном света в 2004 году, полностью исчезло уже к 2014 году. И обычно экзопланеты так себя не ведут.
Поэтому новое исследование предложило логичное объяснение – Фомальгаут b никогда не существовала, во всяком случае, в виде планеты. Компьютерное моделирование показало, что это, скорее всего, было плотное пылевое облако, созданное в результате столкновения двух астероидов или комет, которые затем дрейфовали рядом друг с другом почти 10 лет.
Бетельгейзе не планирует взрываться
Еще в 2019 году Бетельгейзе начала тускнеть, чем озадачила астрономов. Второй эпизод потемнения звезды опять заставил ученых думать о взрыве, но все оказалось гораздо прозаичнее.
Вероятно, дело в необычном составе звезды — в нем не было водорода или гелия, но зато присутствовали углерод, натрий и алюминий, которых обычно нет в белых карликах. Размер небесного тела — всего около 40% от массы Солнца. И сейчас оно проносится через галактику со скоростью 900 000 км/ч.
Единственное объяснение, которое придумали ученые: звезда каким-то образом пережила частичную сверхновую, о чем говорит ее состав. Но пока окончательного вердикта астрономы так и не вынесли.
Звезда превращается в планету из-за черной дыры
Но, пожалуй, самая необычная судьба ждет звезду в галактике GSN 069. Примерно через триллион лет она может превратиться в планету, похожую на Юпитер, благодаря бесконечному сближению с черной дырой.
Это выяснилось, когда астрономы заметили яркие рентгеновские всплески через каждые 9 часов — оказалось, что это звезда, вращающаяся по уникальной спирографической орбите вокруг черной дыры. Вспышки были вызваны веществом, которое выплескивалось с поверхности звезды каждый раз, когда она проносилась мимо черной дыры.
За несколько миллионов лет звезда превратилась из красного гиганта в белого карлика. Если дать ей еще триллион лет, она остынет настолько, что превратится в планету.
Следы самого мощного взрыва во Вселенной
Как и галактические вулканы, черные дыры иногда вспыхивают и испускают мощные вспышки энергии, пробивая дыры в окружающем их газе. А в прошедшем году телескопы обнаружили один из самых больших «кратеров», когда-либо существовавших во Вселенной.
Похоже, что сверхмассивная черная дыра в центре скопления галактик Змееносца в какой-то момент в далеком прошлом очень мощно «выстрелила» извержением — в обнаруженный кратер можно подряд поместить пятнадцать галактик Млечного Пути. Количество энергии, которое потребовалось, чтобы оставить такой межгалактический след, сложно даже представить — это было самое мощное извержение черной дыры во Вселенной.
Пульсар с самым сильным магнитным полем
В этом году внимание астрономов привлек еще один тип нейтронной звезды — она обладает самым сильным магнитным полем, которое когда-либо наблюдали во Вселенной.
Ученые подсчитали, что магнитное поле этого пульсара достигает 1 млрд Тесла (Тл). Например, магнитное поле Солнца составляет около 0,4 Тл, среднего белого карлика — 100 Тл, а у Земли — и вовсе 30 мкТл.
Новая космическая загадка — странные радиокруги
Ученые не стали изобретать сложных названий для новой космической загадки — это странные радиокруги (odd radio circles, или ORC). Они представляют собой необъяснимые сгустки радиоизлучения, которые не соответствуют ни одному известному науке объекту или явлению.
Несколько ORC были обнаружены на радиоизображениях в виде четких кругов, и они не испускают никаких оптических, инфракрасных или рентгеновских сигналов. Астрономы еще не могут сказать, насколько они далеко находятся от Земли и каковы их реальные размеры.
Астрономы уже исключили вероятность, что это артефакты, остатки сверхновой и пылевые облака. Сейчас ORC кажутся новым астрономическим объектом, и теперь астрономы разгадывают эту загадку.
Скоростные магистрали в Солнечной системе
Ученые выяснили, что в Солнечной системе проходит самая настоящая скоростная «автострада» — извилистые туннели и каналы вокруг планет. По ним небесные тела наподобие комет и астероидов могут перемещаться по галактике гораздо быстрее обычного.
Например, от Юпитера до Нептуна небесное тело может долететь меньше, чем за 10 лет, хотя без магистрали это занимает больше 100 тысяч лет. На практике это открытие означает, что, спроектировав космические корабли с учетом скоростных каналов, можно сэкономить на ракетном топливе и путешествовать не только на ближайшие к Земле планеты, но и в отдаленные уголки Солнечной системы.
Что нового во Вселенной
Борис Штерн,
докт. физ.-мат. наук, вед. науч. сотр. Института ядерных исследований РАН
«Троицкий вариант» №25(269), 18 декабря 2018 года
За менее чем две недели с конца ноября вышли две публикации важнейших астрофизических данных.
Каталог гравитационно-волновых событий
Первая, от 30 ноября 2018 года, — препринт за авторством двух коллабораций — LIGO (США) и VIRGO (Италия) [1]. В статье дан каталог гравитационно-волновых событий, зарегистрированных в двух рабочих сеансах LIGO с 12 сентября 2015 года по 19 января 2016 года и с 30 ноября 2016 года по 25 августа 2017 года. С 1 августа 2017 года к регистрации гравитационных волн подключилась установка VIRGO.
В каталоге представлены 11 гравитационно-волновых событий, информация о четырех из них опубликована впервые. Десять из них — слияние двух черных дыр, одно — слияние двух нейтронных звезд. Три события, включая слияние нейтронных звезд (которое имеет максимальное отношение сигнал/шум среди всех событий), зарегистрированы всеми тремя существующими детекторами — двумя, входящими в состав LIGO, и VIRGO. Август 2017-го оказался самым плодотворным месяцем: зафиксировано 5 событий, включая слияние нейтронных звезд.
На рис. 1 изображены все 11 событий в координатах масс слившихся объектов. Ошибки всё еще довольно велики, но уже бросается в глаза огромная масса некоторых черных дыр: 30−50 масс Солнца. Породившие их звезды должны быть огромными, скорее всего звездами так называемой популяции III — самых первых звезд, сконденсировавшихся из первичного материала Вселенной — водорода и гелия.
Более поздние звезды обогащены тяжелыми элементами, из-за чего у них ниже теплопроводность и ниже верхний предел на массу, при которой звезда устойчива. Обилие тяжелых экземпляров также намекает на то, что в образовании двойных черных дыр участвуют шаровые скопления. Именно они дают механизм отбора самых тяжелых объектов для «спаривания»: тяжелые объекты «тонут» к центру скопления за счет динамики гравитационного взаимодействия многих тел.
Протопланетные диски
Вторая интересная публикация, о которой хотелось бы кратко рассказать, — это пресс-релиз NRAO (Национальной радиоастрономической обсерватории США) с подборкой 20 снимков протопланетных дисков, сделанных массивом субмиллиметровых телескопов ALMA [2].
ALMA — европейско-американский проект стоимостью 1,5 млрд. долл. США. Инструмент расположен в Чили в пустыне Атакама на высоте 5 тыс. м. Представляет из себя 66 параболических антенн диаметром 12 и 7 м. Антенны могут перемещаться с одного постамента на другой на расстояние до 16 км. Благодаря этому можно подбирать разные соотношения между разрешением и полем зрения. ALMA — цифровой интерферометр. Данные со всех антенн обрабатываются массивом процессоров (коррелятором) производительностью 17 петафлоп/с (1,7×10 16 операций).
Зрение ALMA лежит в диапазоне 0,3−10 мм. Это соответствует температурам 1−50 К. Именно в этом интервале (около 30 К) излучает пыль далеких областей протопланетных дисков. Наблюдение в субмиллиметровом диапазоне удобно тем, что звезда не затмевает свечение диска. Яркость поверхности звезды в миллиметровом диапазоне всего в сотни-тысячи раз выше поверхностной яркости пыли (если диск оптически толстый). Зато площадь поверхности диска больше на 7−8 порядков величины, поэтому звезду не надо ничем загораживать.
Ранее самым знаменитым протопланетным диском, снятым ALMA, был HL Тельца. Трудно поверить, что это не результат численного моделирования, а реальный объект! Это очень молодая система — звезда образовалась всего 100 тыс. лет назад. И уже прекрасно видны кольцевые щели от готовых протопланет.
Их можно насчитать 9 штук. Размер диска в два с лишним раза больше диаметра орбиты Нептуна. То есть темные кольца — скорее всего, орбиты планет-гигантов, удаленных от звезды на десятки астрономических единиц. Самый маленький темный круг по размеру близок к орбите Сатурна.
И вот общественности представлены сразу 20 протопланетных дисков (рис. 3). Типичное расстояние до них — 400−500 световых лет.
Четвертая в первом ряду и первая в четвертом — двойные системы, где у каждой звезды свой протопланетный диск. На рис. 4 первый ряд дан в более высоком разрешении, с именами объектов.
Теория образования планетных систем еще далека до завершения. Возможны разные интерпретации этих светлых и темных колец, но щели от планет — самая на сей день правдоподобная.
Топ-10: новые открытия о космосе, которые способны полностью поменять наше представление о Вселенной
Открытия, которые подтверждают известные космологические модели – как одобрительное похлопывание по спине ученых-теоретиков. Но некоторые сенсации идут полностью в разрез с популярными представлениями об устройстве нашей Вселенной. Такие открытия поражают воображение исследователей, они полны загадочности и приоткрывают для нас необъятные просторы космоса с той стороны, с которой мы их совсем не знаем. Иногда это даже пугает…
Некоторые ученые за все время своих изысканий стали слишком самоуверенными и с трудом воспринимают новости, выходящие за рамки классических постулатов. Однако последние открытия с легкостью демонстрируют человечеству, как мало мы знаем, и как много устаревших теорий о последних рубежах нам еще предстоит пересмотреть и дополнить.
10. Сверхновая звезда, с которой и начала свое существование наша Солнечная система, какой мы ее знаем 
Фото: explorist.futurism.com
Сверхновая – идеальный для этого кандидат. В пользу теории об участии в создании Солнечной системы некой сверхновы свидетельствуют образцы изотопов, найденные в очень древних метеоритах, в осадочных породах и в пробах океанической коры. Изотоп железа-60, распадающийся на никель-60, не образуется на Земле, так что его происхождение явно космическое. В исследуемых образцах ученые обнаружили именно «предательский» никель-60, который своим присутствием и выдал тайну зарождения нашего мира. Древние метеориты, вероятно, попали в земную кору во время взрыва сверхновой звезды, которая и запустила определенные процессы, приведшие к формированию нашей планетной системы, какой мы ее знаем сегодня. Согласно этому предположению, именно благодаря периодическим вспышкам сверхнов по всей Вселенной постоянно появляются новые планетные системы – процесс созидания бесконечен.
9. Проксима, вероятно, полностью выжжена и бесплодна 
Фото: space.com
На расстоянии всего 4,2 светового года от нас находится красный карлик Проксима Центавра (Proxima Centauri), и это наша ближайшая соседняя звезда. Вокруг этой звезды вращается экзопланета, очень напоминающая нашу Землю – Проксима Центавра b (Proxima b), и находится она в так называемой зоне обитаемости. Это значит, что на этой экзопланете, возможно, есть все условия для зарождения там жизни. Открытие Проксимы Центавра b стало настоящей сенсацией для астрофизиков.
Экзопланете Проксима b теоретически около 4,85 миллиарда лет, так что она, скорее всего, пережила уже бесчисленное множество таких ударов. Если это верно, то атмосфера и вода на этой экзопланете уже давно были уничтожены сильнейшим воздействием звездной радиации. Выходит, что ученым вряд ли удастся обнаружить там признаки жизни, а ведь у них на это были такие большие надежды…
8. Оказывается, звезд-гигантов в мире невероятно много 
Вселенная, как оказалось, намного более богата на россыпь звезд-гигантов (в 10 раз массивнее Солнца), чем мы раньше предполагали. Во время изучения туманности Тарантул (Tarantula), находящейся в 180 тысячах световых лет от Земли, астрономы обнаружили в этом многообещающем звездном скоплении на 30% больше сверхмассивных звезд, чем они ожидали.
Вдобавок ученым пришлось пересмотреть свое понимание самого термина звезда-гигант. Ранее было принято считать, что самые крупные звезды имеют массу до 200 солнечных, но теперь этот лимит пришлось поднять до целых 300. Это значит, что наша Вселенная намного более активная, в ней может быть на 70% больше сверхновых звезд, а черные дыры формируются на 180% чаще, чем мы думали. Это звучит угрожающе и невероятно завораживает…
7. Открытие абсолютно нового вида планет 
Фото: ucdavis.edu
Астрономы всегда думали, что планеты бывают двух видов: как наша Земля и с кольцами. По крайней мере так мы считали раньше. Но новое открытие пополнило этот ряд третьим видом – синестетическим, или небесным телом, окруженным огромным облаком из испаряющихся частиц породы, которое по форме напоминает гигантский эритроцит.
Эти причудливые монстры появились вследствие катастрофических столкновений двух быстро вращающихся космических объектов, размеры которых сопоставимы с обычной планетой. После удара кинетический момент этих тел не только сохраняется, но и провоцирует объединение их обломков в одно общее скопление расплавившегося дебриса (обломочный материал), не отличающегося ни твердой, ни жидкой поверхностью.
Невероятно, но во Вселенной теоретически существует очень распространенный и совершенно новый для нас вид планетных тел, которые мы раньше никогда не замечали. Вероятно, мы до сих пор пребывали в полном неведении только потому, что цикл жизни этих синестетических планет длится не так долго – до 100 лет, а ведь это ничтожно мало в масштабах бесконечного и безвременного космоса.
6. Звезды могут быть меньше и холоднее, чем их планеты 
Фото: Newsweek
Ученые всегда считали, что даже самые крошечные звезды должны быть крупнее гравитационно связанных с ними планет. Однако недавно астрономы обнаружили самую крошечную звезду за всю историю наблюдений – EBLM J0555-57Ab. Находится эта звездочка всего в 600 световых годах от нас, и ее радиус и масса составляют примерно 8% аналогичных показателей нашего Солнца. По сути, EBLM J0555-57Ab настолько мала, что она всего на волосок крупнее Сатурна. Так что обнаруженная звездочка, попади она в нашу Солнечную систему, по размерам оказалась бы скромнее Юпитера, например. Вдобавок EBLM J0555-57Ab холоднее, чем некоторые гигантские газовые экзопланеты. Она буквально едва набрала минимально необходимую звездную массу, достаточную чтобы пережигать водород в гелий, и не стать бесславным коричневым карликом или так называемым субзвездным объектом.
5. Система звезды TRAPPIST-1 слишком стара для зарождения там жизни 
Фото: engadget.com
Планетную систему красного карлика TRAPPIST-1 открыли в феврале 2017 года, и тогда она считалась одним из наиболее вероятных мест, где мы могли бы обнаружить внеземную жизнь, процветающую сразу на нескольких потенциально обитаемых планетах. Так ученые предполагали, пока им казалось, что этой системе всего лишь 500 миллионов лет.
Однако когда в список параметров, по которым оценивается возраст планетных систем и звезд, вошли скорость их вращения вокруг центра галактики, металличность состава звезды и характер спектральных линий поглощения, исследователи пришли выводу, что система TRAPPIST-1 – по меньшей мере, почти ровесница нашей Солнечной системы. Более того, она также может быть в 2 раза старше, то есть существовать уже почти 9,8 миллиарда лет.
Выходит, вряд ли там есть жизнь, ведь слишком высока вероятность, что планеты в обитаемой зоне уж давно были выжжены и тем самым стерилизованы мощными звездными вспышками. Новое исследование еще раз продемонстрировало человечеству, насколько уникальная наша планета, и как ценна и редка жизнь особенно во вселенских масштабах.
4. Возможно, темная материя исчезает 
Фото: phys.org
Темная материя давно считалась учеными чем-то постоянным и практически вечным, однако, новейшие исследования дают основания полагать, что она на самом деле нечто непостоянное и переменчивое.
Зарегистрированные флуктуации, произошедшие предположительно через 378 тысяч лет после Большого взрыва, противоречат прошлым расчетам скорости расширения Вселенной, предусмотренной общепринятой космологической моделью. Объяснить это можно распадом черной материи, которая существовала еще от начала времен, но с тех пор претерпела некоторые изменения, разлагаясь постепенно на нейтрино или другие гипотетические частицы.
Анализ данных дает основание предполагать, что современная Вселенная обеднела на 5% черной материи, поскольку какая-то ее часть медленно исчезает. Возможно, эти нестабильные составляющие распались еще в первые несколько сотен или тысяч лет существования Вселенной. Впрочем, все может быть иначе, и они до сих пор распадаются, постоянно меняя будущее всего мира.
3. Первая экзолуна? 
Фот о: Scientific American
Космическая обсерватория Кеплер (Kepler) помогла нам открыть тысячи экзопланет, но с экзолунами дела долгое время обстояли намного скуднее. Причиной тому, наверное, было то, что этим спутникам удавалось скрываться от мощнейшего телескопа за их далекими от нас экзопланетами. Недавно в твиттере появилась короткая новость о том, что астрономы наконец-то засекли первую луну, находящуюся за пределами Солнечной системы. Кандидатом на наличие естественного спутника стала планета Кеплер-1625 b (Kepler-1625 b), за которой скрывается некий любопытный источник света. Судя по всему, у этой экзопланеты, радиус которой составляет 0,5 радиуса Юпитера, есть свой спутник размером с Нептун. Возможно, нам впервые удалось обнаружить экзолуну, и это может дать большой толчок поиску подходящих для колонизации небесных тел, хотя для подтверждения открытия еще предстоит провести немало исследований, но уже с помощью орбитального телескопа Хаббл (Hubble).
2. Активность темной энергии 
Фото: astronomynow.com
Согласно новому исследованию темная энергия оказалась намного более сложной для нашего понимания, чем мы полагали ранее. Возможно, она растет, или этот гипотетический вид энергии «общительнее», чем мы считали, и он постоянно взаимодействует с Вселенной по какому-то своему сценарию. А, может, мы обнаружили абсолютно новый вид субатомных частиц, влияющий на происходящее с нашей Вселенной. Так или иначе, ученым, вероятно, предстоит изменить свои представления о законах физики…
1. Большинство похожих на Солнце звезд принадлежит парной системе 
Фото: space.com
У многих звезд есть свой персональный компаньон, то есть вторая гравитационно связанная с ними звезда, и наше Солнце – предположительно не исключение. Новое исследование гласит, что чаще всего звезды, похожие на наше светило, зарождаются именно в двойной системе.
11 удивительных вещей, которые произойдут до конца существования Вселенной
Конец Вселенной — какой он?
На ночном небе не останется звезд
Возможно, на небе когда-нибудь не останется ни одной звезды
Через 150 миллиардов лет ночное небо на Земле будет выглядеть совсем иначе. Пока Вселенная стремится к своей тепловой смерти, пространство расширяется быстрее скорости света. Мы знаем, что скорость света является жестким ограничителем скорости всех объектов во Вселенной. Но это применяется только к объектам, которые находятся в пространстве, а не самой ткани пространства-времени. Это трудно понять на лету, но ткань пространства-времени уже расширяется быстрее скорости света. И в будущем это повлечет за собой странные последствия.
Поскольку само пространство расширяется быстрее света, существует космологический горизонт. Любой объект, который уходит за этот горизонт, потребует от нас способности наблюдать и записывать данные о нем с помощью частиц, путешествующих быстрее света. Но таких частиц не существует. Как только объекты уходят за космологический горизонт, они становятся недоступными для нас. Любая попытка контакта или взаимодействия с далекими галактиками за этим горизонтом потребует от нас технологий, способных двигаться быстрее расширения самого пространства. Пока лишь несколько объектов находятся за пределами нашего космологического горизонта. Но поскольку темная энергия ускоряет расширение, все в конечном итоге окажется за пределами досягаемости наших глаз.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.
Что это означает для Земли? Представьте, что смотрите в ночное небо через 150 миллиардов лет. Единственное, что будет видно, это несколько звездочек, которые остались в пределах космологического горизонта. В конце концов, уйдут и они. Ночное небо будет полностью чистым, как табула раса. Астрономы будущего не смогут доказать, что во Вселенной есть какой-нибудь другой объект. Все звезды и галактики, которые мы видим сейчас, исчезнут. Для нас во всей Вселенной останется только Солнечная система. Правда, Земля вряд ли доживет до этого, но об этом ниже.
Жизнь после смерти Солнца не исчезнет
Возможна ли жизнь после смерти Солнца?
Всем известно, что звезды не вечны. Их срок жизни начинается вместе с их образованием, продолжается всю фазу главной последовательности (на которую приходится большая часть жизни звезды) и заканчивается со смертью звезды. В большинстве случаев звезды раздуваются в несколько сотен раз больше своего обычного размера, заканчивая фазу главной последовательности, а вместе с этим поглощают любые планеты, которые оказываются близко к ним.
Тем не менее для планет, которые вращаются вокруг звезды на больших расстояниях (за пределами «линии промерзания» системы), эти новые условия могут фактически стать достаточно теплыми, чтобы поддерживать жизнь. Согласно недавнему исследованию, проведенному в Институте Карла Сагана при Корнелльском университете, эта ситуация у некоторых звездных систем может продолжаться миллиарды лет и привести к появлению совершенно новых форм внеземной жизни.
Примерно через 5,4 миллиарда лет наше Солнце выйдет из фазы главной последовательности. Исчерпав водородное топливо в ядре, пепел инертного гелия, который там соберется, станет нестабильным и коллапсирует под действием собственного же веса. Это приведет к тому, что ядро нагреется и станет плотнее, что, в свою очередь, приведет к увеличению Солнца в размерах — звезда войдет в фазу «ветви красных гигантов».
Этот период начнется, когда наше Солнце станет субгигантом и будет медленно увеличиваться вдвое в течение около полутора миллиардов лет. Следующие полмиллиарда лет оно будет расширяться быстрее, пока не превысит свой текущий размер в 200 раз и не станет в несколько тысяч раз ярче. Потом оно официально станет красным гигантом и его диаметр составит приблизительно 2 а. е. — Солнце выйдет за пределы текущей орбиты Марса.
Короче говоря, когда звезда расширяется, ее «обитаемая зона» будет делать то же самое, охватывая орбиты Юпитера и Сатурна. Когда это произойдет, ранее нежилое место — вроде спутников Юпитера и Сатурна — может внезапно стать жилым. То же самое справедливо и для многих других звезд во Вселенной, которым суждено стать красными гигантами по мере взросления и умирания.
Все самые свежие новости из мира высоких технологий вы также можете найти в Google News.
Когда же наше Солнце дойдет до красной фазы ветви гигантов, ему останется всего 120 миллионов лет активной жизни. Этого времени недостаточно, чтобы появились и развились новые формы жизни, способные стать воистину сложными (вроде людей и других видов млекопитающих). Но согласно недавно опубликованному в The Astrophysical Journal исследованию, некоторые планеты возле других красных гигантов в нашей Вселенной могут оставаться обитаемыми гораздо дольше — до девяти миллиардов лет или больше в некоторых случаях.
Чтобы вы понимали, девять миллиардов лет — это в два раза больше текущего возраста Земли. Предполагая, что интересующие нас миры будут располагать нужным составом элементов, у них будет достаточно времени, чтобы дать начало новым сложным формам жизни. Ведущий автор исследования, профессор Лиза Кальтеннегер, также является директором Института Карла Сагана. Она не понаслышке знает, как искать жизнь во Вселенной:
«Когда звезда стареет и становится ярче, обитаемая зона движется наружу, и вы по сути наблюдаете вторую жизнь планетарной системы. В настоящее время объекты во внешних регионах заморожены в нашей Солнечной системе, как Европа и Энцелад — спутники Юпитера и Сатурна. После того как наше желтое Солнце расширится достаточно, чтобы стать красным гигантом и превратит Землю в выжженную пустыню, в нашей Солнечной системе все еще будут регионы — и в других системах также — где жизнь могла бы процветать».
Когда звезда расширяется, она теряет массу и выталкивает ее наружу в виде солнечного ветра. Планеты, которые вращаются близко к звезде, либо имеют низкую гравитацию на поверхности, могут потерять атмосферу. С другой стороны, планеты с достаточной массой (или расположенные на безопасном расстоянии) могут эту атмосферу сохранить. В контексте нашей Солнечной системы это означает, что через несколько миллиардов лет миры вроде Европы и Энцелада (которые и без того могут иметь жизнь, скрывающуюся под ледяными панцирями) могут стать раем для жизни.
Наше Солнце станет черным карликом
Когда-нибудь наше Солнце станет черным карликом
На данный момент наша Вселенная имеет много различных типов звезд. Красные карлики — холодные звезды, испускающие красный свет — являются одними из самых распространенных. Также во Вселенной много белых карликов. Это звездные останки мертвых звезд, состоящие из вырожденного вещества, удерживаемого вместе с помощью квантовых эффектов. В настоящее время астрономы считают, что белые карлики имеют практически бесконечную продолжительность жизни. Но по прошествии определенного времени даже они умрут и станут экзотическими звездами: черными карликами.
Такая судьба ожидает и наше Солнце. В далеком будущем наше Солнце выбросит свои внешние слои и превратится в белую карликовую звезду, которой будет оставаться миллиарды лет. Но однажды даже белые карлики начнут остывать. Спустя 10 100 лет они остынут до температуры, равной температуре микроволнового фонового излучения, несколько градусов выше абсолютного нуля.
Когда это произойдет, наше светило станет черным карликом. Поскольку этот тип звезды настолько холодный, человеческому глазу он будет невидим. Для любого, кто попытается найти Солнце, которое подарило нам жизнь, это будет невозможно сделать с помощью оптических систем. Ему придется искать его по гравитационным эффектам. Большинство звезд, которые мы видим в ночном небе, станут черными карликами (еще одна причина, почему ночное небо станет чистым). Но за наше теплое Солнце особенно обидно.
Странные звезды
К тому времени, когда наше Солнце станет черным карликом, звездная эволюция уже завершится. Новые звезды рождаться не будут. Вместо этого Вселенную наводнят холодные останки звезд. И это позволит Вселенной начать создавать странные звезды, которые существенно отличаются от известного нам.
Если заглянуть еще дальше в будущее, там будет еще более странная звезда. Примерно через 10 1500 лет в будущем энтропия возьмет свое, и Вселенная будет по сути мертвой. В эти холодные времена управлять Вселенной будут квантовые эффекты.
Квантовое туннелирование позволит легким элементам синтезироваться в нестабильную форму железа. Оно, в свою очередь, будет распадаться на более стабильный изотоп, испуская слабое количество энергии. Эти железные звезды будут единственной формой звезд, возможных в это время. Но они встречаются только в моделях, в которых астрономы не верят в распад протона, так что эта идея не самая популярная.
Все нуклоны распадутся
Распадется ли в конце концов протон?
Перемотаем с точки в 10 15 лет после Большого Взрыва до точки в 10 34 лет. Если человеческая раса к тому моменту не будет мертва, эту-то эпоху мы уж точно не переживем. Как уже было сказано выше, астрономы постоянно спорят о том, распадется ли протон к концу времен. Допустим, да.
Нуклоны — это частицы в ядре атома, протоны и нейтроны. Свободные нейтроны, как известно, распадаются с периодом полураспада в 10 минут. Но протоны невероятно стабильные. Никто не видел воочию распада протона. Но ближе к концу Вселенной все изменится.
Физики предполагают, что период полураспада протона составляет 10 37 лет. Мы не наблюдали этого распада, поскольку Вселенная еще недостаточно стара. В эпоху распада (10 34 – 10 40 лет) протоны наконец начнут распадаться на позитроны и пионы. К концу эпохи распада все протоны и нейтроны во Вселенной закончатся.
Черные дыры наводнят Вселенную
Черные дыры до сих пор остаются загадкой для научного сообщества
Когда нуклоны исчезнут, черные дыры войдут в права и будут править Вселенной от 10 40 года после Большого Взрыва до 10 100 года. С этого момента мы начинаем рассуждать о временах настолько долгих, что понять их нашим умишком совершенно невозможно. Спустя время, намного превышающее современный возраст Вселенной, единственными структурами останутся черные дыры.
Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.
Когда нуклоны уйдут, главными субатомными частицами станут лептоны — электроны и позитроны. Они будут подпитывать черные дыры. Поглощая остатки вещества во Вселенной, черные дыры будут сами излучать частицы, которые будут наполнять Вселенную фотонами и гипотетическими гравитонами. Но и черным дырам суждено умереть, как решил Стивен Хокинг.
По мнению Хокинга, черные дыры испаряются из-за своего излучения. Излучая они теряют массу в форме энергии. Этот процесс занимает много времени, поэтому мы о нем практически ничего не знаем. Чтобы черная дыра полностью испарилась, должно пройти 10 60 лет, поэтому этот процесс еще не протекал до конца на веку нашей Вселенной. Но, как мы уже сказали, в конце концов умрут и черные дыры. От них останутся лишь безмассовые частицы и несколько разрозненных лептонов, которые будут лениво взаимодействовать и терять свою энергию.
Появится атом нового типа
После того, как от нашей Вселенной останется лишь несколько субатомных частиц, может показаться, что говорить больше не о чем. Но жизнь может появиться даже в этом худшем из миров.
Многие годы исследователи частиц говорили о позитронии, атомоподобной связи позитрона и электрона. Две этих частицы имеют противоположные заряды. (Позитрон — это античастица электрона). Следовательно, будут электромагнитно притягиваться. Когда пара таких частиц начнет взаимодействовать, у них могут появиться рудиментарные орбиты и поведение атомов.
Поскольку позитроний будет редким, назвать эту модель позитрониевой «химии» полной нельзя. Но из этих странных «атомов» могут выйти весьма любопытные вещи. Во-первых, они смогут существовать на гигантских орбитах, покрывающих межзвездные пространства. Пока две частицы взаимодействуют, они смогут сохранять пару независимо от расстояний.
Во время эпохи черных дыр некоторые из этих «атомов» будут иметь диаметры, охватывающие расстояния больше, чем наша нынешняя наблюдаемая Вселенная. Состоящие из лептонов позитрониевые атомы переживут распад протона и пройдут через эпоху черных дыр. Кроме того, черные дыры будут создавать позитрониевые атомы в процессе излучения. По прошествии определенного времени распадутся и позитрон-электронные пары. Но до этого Вселенная может родить совершенно неописуемую жизнь.
Все замедлится, даже самая мысль
Когда-нибудь не останется и черных дыр, но жизнь появится снова
Когда эпоха черных дыр подойдет к концу и даже эти звездные гиганты исчезнут в темноте, в нашей Вселенной останется лишь несколько вещей, в основном диффузные субатомные частицы и оставшиеся атомы позитрония. После этого во Вселенной все будет происходить чрезвычайно медленно, любое событие может длиться эоны. По мнению некоторых теоретических физиков, таких как Фримен Дайсон, в это время во Вселенной может снова появиться жизнь.
Через долгое-долгое время органическая эволюция может начать развиваться из позитрония. Существа, которые появятся, будут очень отличаться от всего, что мы знаем. Например, они могут быть огромными, охватывая межзвездные расстояния. Поскольку во Вселенной ничего больше не останется, им будет где развернуться. Но поскольку эти формы жизни будут огромными, думать они будут намного медленнее нас. На самом деле, на создание даже одной мысли у такого создания могут уйти триллионы лет.
Нам это может показаться странным, но поскольку эти существа будут существовать на огромных временных отрезках, такая мысль будет для них мгновенной. Они будут существовать невероятно долго, наблюдая за тем, как Вселенная пролетает мимо них. Но и они канут в Лету.
Конец «макрофизики»
Вселенная не будет такой, как прежде
К этому моменту Вселенная достигнет практически максимального состояния энтропии, то есть станет однородным полем энергии и нескольких субатомных частиц. Это будет после эпохи черных дыр, много позже после 10 100 года. Пространство расширится так сильно, а темная энергия станет настолько мощной, что даже черные дыры перестанут существовать и Вселенная лишится массивных объектов.
Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.
Трудно представить себе такую Вселенную. Вы только вдумайтесь: звезды перестанут формироваться, поскольку субатомные частицы, из которых состоит материя, будут разделены такими расстояниями, что никак не смогут встретиться, путешествуя со скоростью света. Даже атомы позитрония не смогут появиться.
Физике настанет конец. Единственной физической моделью, которая продолжит работать, будет квантовая механика. Квантовые эффекты будут происходить даже на огромных межзвездных расстояниях, в гигантских временных рамках. В конце концов, температура Вселенной упадет до абсолютного нуля: не останется энергии, которую можно было бы превратить в работу. В некоторых моделях расширение пространства будет расти, разрывая пространство-время на части. Вселенная прекратит свое существование.
Можно ли сбежать от всего этого?
До сих пор наше путешествие к концу Вселенной сопровождалось лишь мрачными и депрессивными событиями. Но физики не теряют оптимизма и набрасывают для человечества возможные способы пережить конец времен и даже заново запустить нашу Вселенную.
Самый многообещающий способ сбежать из нашей Вселенной с максимальной энтропией — использовать черные дыры, пока распад фотоны не сделает жизнь невозможной. Черные дыры остаются весьма загадочными объектами, но теоретики предлагают использовать их для выхода в новые вселенные.
Современная теория предполагает, что пузырьковые вселенные постоянно рождаются в нашей собственной Вселенной, образуя новые вселенные с материей и возможностью для жизни. Хокинг полагает, что черные дыры могут быть выходами в эти новые вселенные. Но есть одна проблема. Как только вы пересекаете границу черной дыры, пути назад нет. Поэтому если человечество решит отправиться в черную дыру, это будет поездка в один конец.
Для начала придется найти достаточно массивную вращающуюся черную дыру, чтобы пережить поездку через горизонт событий. Вопреки распространенному мнению, через массивные черные дыры безопаснее путешествовать. Космические путешественники будущего могут надеяться, что поездка не закончится плачевно, но никак не смогут связаться со своими друзьями по эту сторону черной дыры и сообщить им о результате. Каждая поездка будет прыжком веры.
Но есть способ убедиться, что по ту сторону нас ждет новая вселенная. По мнению Алана Гута, новорожденной Вселенной нужно всего 10 89 протонов, 10 89 электронов, 10 89 позитронов, 10 89 нейтрино, 10 89 антинейтрино, 10 79 протонов и 10 79 нейтронов для старта. Может показаться, что это много, но в сумме это не больше кирпича.
Люди будущего могли бы произвести ложный вакуум — область пространства с потенциалом для расширения — с помощью сверхсильного гравитационного поля. В далеком будущем люди могли бы заполучить технологию для создания ложного вакуума и начать собственную вселенную. Поскольку изначальная инфляция вселенной длится долю секунды, новая вселенная расширится мгновенно и станет новым домом для людей. Быстрый прыжок через червоточину — и мы спасены.
Случайное квантовое туннелирование может перезапустить вселенную
Что будет со Вселенной, которую мы оставили позади? Через некоторое время она наконец достигнет максимальной энтропии и станет совершенно непригодной для жизни. Но даже в этой мертвой вселенной у жизни будет шанс. Исследователи квантовой механики знают об эффекте квантового туннелирования. Это когда субатомная частица может войти в энергетическое состояние, невозможное классически.
В классической механике, например, мяч не может спонтанно взять и закатиться на холм. Это запрещенное энергетическое состояние. У элементарных частиц также есть запрещенные энергетические состояния с точки зрения классической механики, но квантовая механика переворачивает все с ног на голову. Некоторые частицы могут «туннелировать» в эти энергетические состояния.
Этот процесс уже происходит в звездах. Но применительно к концу вселенной возникает странная возможность. Частицы в классической статистической механике не могут переходить от более высокого состояния энтропии на более низкое. Но с квантовым туннелированием — могут и будут. Физики Шон Кэрролл и Дженнифер Чен предложили идею, что через определенное время квантовое туннелирование может спонтанно уменьшить энтропию в мертвой вселенной, привести к новому Большому Взрыву и перезапуску вселенной. Но не задерживайте дыхание. Чтобы спонтанное уменьшение энтропии случилось, придется ждать 10 10^10^56 лет.
Есть и другая теория, которая дает нам надежду на новую вселенную — в этот раз от математиков. В 1890 году Анри Пуанкаре опубликовал свою рекуррентную теорему, согласно которой спустя невероятно долгое время все системы возвращаются в состояние, очень близкое к исходному. Это применимо и к термодинамике, в которой случайные тепловые флуктуации во вселенной с высокой энтропией могут привести к ее возврату в изначальное состояние, после чего все начнется снова. Пройдет время, и Вселенная может сформироваться снова, а существа, которые будут в ней жить, не будут иметь ни малейшего понятия о том, что живут в нашей вселенной.