Яке майбутнє Сонця та інших зір? – це питання людство задавало собі з давніх давен. Одне з фундаментальних правил у всьому Всесвіті – це те, що нічого не триває вічно. Через гравітаційні, електромагнітні та ядерні сили, що діють на матерію, практично все, що існує сьогодні, зіткнеться зі змінами в майбутньому. Навіть зірки колись усі згорять, включаючи наше Сонце.
Майбутнє сонця та інших зір: зоряна смерть – це ще не кінець
Але це не означає, що зоряна смерть – коли в зірок закінчується ядерне паливо – насправді є кінцем для такої зірки, як наше Сонце. Зовсім навпаки, є кілька захоплюючих речей спільних для всіх зірок, які трапляються з ними, коли вони помирають першою смертю. Хоча це правда, що паливо нашого Сонця може закінчитися, і ми очікуємо, що воно зазнає “типової” зоряної смерті, ця смерть ще не кінець. Не для нашого Сонця і не для будь-яких зірок, схожих на Сонце. Ось що з ними буде далі.
Народження зірки
Для того, щоб її вважали справжньою зіркою, а не зіркою, яка невідбулася (як коричневий карлик) або трупом зірки (як білий карлик або нейтронна зірка), вона повинна бути здатною перетворювати водень у гелій. Коли хмара газу вибухає й створює нову зірку, у дифузному стані вона має багато гравітаційної потенційної енергії, яка при руйнуванні перетворюється в кінетичну (теплову) енергію. Цей вибух нагріває матерію, і коли вона стане гарячою і досить щільною, почнеться ядерний синтез.
МІЧІО КАКУ ПРО НАЙБІЛЬШУ ЗАГРОЗУ ЛЮДСТВУ ТА СВІТ МАЙБУТНЬОГО
Після багатьох років вивчення зірок, ми тепер знаємо, що вони повинні досягти внутрішньої температури близько 4 мільйонів К, щоб розпочалося плавлення водню в гелій, і для цього потрібно щонайменше мати масу ~ 8% від нашого Сонце, або масу, яка приблизно в 70 разів перевищує масу Юпітера. Бути хоча б таким великим – це мінімальна вимога, щоб взагалі стати зіркою.
Після того, як цей температурний поріг буде пройдено, зірка починає перетворювати водень у гелій і на неї чекає одна з трьох різних доль.
Майбутнє зір залежить від їх маси
Ці долі визначаються виключно масою зірки, яка в свою чергу визначає максимальну температуру, яка буде досягнута в ядрі. Всі зірки починають перетворювати водень у гелій, але наступне – залежне від температури. Зокрема:
- Якщо ваша зірка занадто мала в масі, вона перетворює водень виключно в гелій, і ніколи не нагріється на стільки, щоб перетворити гелій у вуглець. Суто гелієва композиція – це доля всіх зірок М класу (червоний карлик), нижче приблизно 40% маси Сонця. Такими є більшість зірок у Всесвіті.
- Якщо ваша зірка схожа на Сонце та вона піднялася до більш високих температур, коли в ядрі закінчиться водень, починається злиття гелію (у вуглець). Тоді зірка перетворюється в червоного гіганта. Він складається з вуглецю та кисню, а легші (зовнішні) шари водню та гелію здуваються. Це характерно для всіх зірок, які мають приблизно від 40% до 800% маси Сонця.
- Якщо ваша зірка більше 8 разів перевищує масу Сонця, вона не тільки перетворить водень у гелій, а гелій у вуглець, але ініціює синтез вуглецю згодом, що призведе до перетворення кисню, синтезу кремнію та, зрештою, вражаючої смерті наднової.
Це три найпоширеніші долі зірок. Зірки, які є достатньо масивними для того, щоб перетворитися на наднову, зустрічаються рідко: лише близько 0,1-0,2% усіх зірок є такими масивними. Вони залишать після себе або нейтронну зірку, або залишки чорної діри.
Найнижчі за масою зірки є найпоширенішими зірками у Всесвіті, та становлять десь 75-80% усіх зірок, а також є найбільш довгоживучими. За життя, що становить від 150 мільярдів до понад 100 трильйонів років, жодна з них ще не вичерпала паливо у нашому Всесвіті, якому 13,8 мільярда років. Після цього вони сформують білі карликові зірки, що складаються повністю з гелію.
РОБОТ АТЛАС (ROBOT ATLAS). ВСЕ ЩО ТРЕБА ЗНАТИ ПРО ГУМАНОЇДА
Майбутнє Сонця
Але сонцеподібні зірки, до яких входить близько чверті всіх зірок, переживають захоплюючий цикл смерті, коли в їх ядрі закінчується гелій. Вони перетворюються на планетарну туманність/білого карлика і демонструють вражаючий, але повільний процес смерті.
Червоний гігант
Під час фази червоного гіганта Меркурій і Венера, безумовно, будуть поглинені Сонцем, тоді як Земля може так, а може і ні, залежно від певних процесів, які ще мають бути повністю відпрацьовані. Крижані світи поза Нептуном, ймовірно, розтануть і сублімують, і навряд чи переживуть смерть нашої зірки.
Білий карлик
Все, що залишиться – декілька обвуглених трупів планет, що обертаються навколо білого карликового залишку нашого Сонця. Ядро, яке в значній мірі складається з вуглецю і кисню, становитиме приблизно 50% маси нашого теперішнього Сонця, але буде приблизно величиною в фізичний розмір теперішньої Землі.
Ця біла карликова зірка буде залишатися гарячою надзвичайно довго. Тепло – це кількість енергії, яка потрапляє всередину будь-якого об’єкта, але може випромінюватися лише через його поверхню. Уявіть, як би взяти половину енергії у такої зірки, як наше Сонце, а потім стиснути її в ще менший об’єм. Що станеться?
ЧИ СТВОРИТИ МАШИНУ ЧАСУ РЕАЛЬНО? ПОДОРОЖ У ЧАСІ ТА НАУКА
Воно нагріється. Якщо взяти газ в балон і швидко стиснути його, він нагрівається: ось так працює поршень у вашому двигуні згоряння. Червоні зірки-гіганти, що породжують білих карликів, насправді набагато холодніші, ніж сам карлик. Під час фази стиснення температура збільшується від низьких 3 000 К (для червоного гіганта) до приблизно 20 000 К (для білого карлика). Цей тип нагрівання обумовлений адіабатичним стисненням і пояснює, чому ці карликові зірки такі гарячі.
Але тепер воно повинно охолонути, і може випромінювати тепло лише через маленьку крихітну поверхню розміру Землі.
Ми маємо страшенно довго чекати, якщо хочемо, щоб наше Сонце охололо до тієї точки, коли воно стане невидимим. Звичайно, всі галактики в локальній групі зливаються разом; всі галактики поза нею прискоряться завдяки темній енергії; утворення зірок сповільнюватиметься, і червоні карлики найменшої маси згорять. А в цей час наш білий карлик буде продовжувати остигати.
Чорний карлик
Нарешті, після того, як минуло десь між 100 трлн і 1 квадрильйон років, білий карлик, яким стане наше Сонце, зникне з видимої частини спектру і охолоне лише до декількох градусів вище абсолютного нуля. Він стане тим, що наразі відоме як чорний карлик. Ця куля вуглецю та кисню в космосі просто змішається зі всім, що залишиться від нашої галактики, а також понад трильйоном інших зірок та зоряних трупів, що залишилися від нашої локальної групи.
ТЕОРІЯ ВІДНОСНОСТІ ЕЙНШТЕЙНА: ЗАГАЛЬНА, СПЕЦІАЛЬНА ТА ПЕРШИЙ ПОСТУЛАТ
Але це ще не все майбутнє. Так яке ж подальше майбутнє сонця та інших зір?: три можливі долі, які чекають їх, залежно від того, наскільки пощастить чи не пощастить.
1.) Цілковита невдача.
Близько половини всіх зірок у нашій галактиці – так і у більшості галактик – походять як синглетні зіркові системи (з однією зіркою), подібно до нашого Сонця. Незважаючи на те, що багатозіркові системи є частим випадком, і до них входять приблизно 50% усіх відомих зірок, що знаходяться у бінарних чи тринаціональних (або навіть багатших) системах, наше Сонце – єдина зірка у нашій Сонячній системі.
Це надзвичайно важливо для його подальшого майбутнього, оскільки це робить надзвичайно малоймовірним, що наше Сонце злиється з супутником, або проковтне супутника, або буде проковтнутим іншим супутником. Хоча було б непогано злитися з іншою зіркою. Якщо припустити, що Сонцю не пощастить, його залишок у майбутньому буде переживати незліченну гравітаційну взаємодію з іншими обєктами, які залишилися від нашої Сонячної системи.
2.) Пощастить ожити.
Ви можете подумати, що як тільки білий карлик, зякий був нашим Сонцем, остигне, не існує шансів, щоб він знову світив. Насправді є багато шляхів для нашого Сонця отримати нове життя і знову випромінювати власну потужну радіацію. Все, що потрібно, – це нове джерело матерії. Якщо навіть у віддаленому майбутньому наше Сонце:
- зливається з червоною карликовою зіркою або коричневим карликом,
- накопичує водень з молекулярної хмари або газоподібної планети,
- або натрапляє на інший зоряний залишок,
воно може ще раз запалити ядерний синтез. Перший сценарій призведе до спалювання водню принаймні багато мільйонів років; другий призведе до сплеску синтезу, відомого як нова; останнє призведе до вибуху наднової, знищивши обидва зоряні трупи.
3.) Супер пощастило і нас пожирає чорна діра.
В околицях нашої галактики, за 25000 світлових років від надмасивної чорної діри, що займає наш галактичний центр, існують маленькі чорні діри, утворені з окремих зірок.
Їх важко знайти. Але іноді вони трапляються. Маленькі чорні діри, коли вони стикаються з матерією, вони її прискорюють і виводять в аккреційний потік, де деяка частина матерії ними пожирається і додається до маси чорної діри, але більша частина її викидається у вигляді струменів та іншого сміття. Ці активні чорні діри з низькою масою називаються мікроквазарами, коли вони спалахують, і вони є дуже реальними явищами.
Хоча з нами навряд чи це станеться, проте комусь належить виграти космічну лотерею, а ті, хто це зробить, стануть їжею чорної діри під час свого останнього акту існування.
ЦІКАВІ ФАКТИ ПРО КОСМОС: 12 РЕЧЕЙ В ЯКІ ВАЖКО ПОВІРИТИ
Майбутнє сонця та інших зір є надзвичайно варіативним. Практично кожен об’єкт у Всесвіті має великий набір можливостей, що стосується того, що з ним станеться в далекому майбутньому, і визначити долю одного об’єкта з огляду на хаотичне середовище нашого куточка космосу неймовірно складно. Але, знаючи фізику, і розуміючи, що таке ймовірності та часові шкали для кожного типу об’єктів, ми можемо краще оцінити, якою має бути доля зірок.
Підсумовуючи майбутнє для нашого Сонця
Наше Сонце стане білим карликом через менше ніж 10 мільярдів років, перетвориться на чорного гнома через ~1014-1015 років, і викинеться з галактики через 1017-1019 років. Принаймні, це найбільш вірогідний шлях. Але злиття, накопичення газу, зіткнення чи навіть пожирання – теж додаткові можливості, і вони трапляться. Майбутнє Сонця, можливо, ще не написане, але ми будемо розумно сподіватися, що воно буде світлим протягом наступних трильйонів років!
Джерело: www.forbes.com/
