Что происходит, когда прекращают светить звезды? Через сто триллионов лет из истощенных межзвездных облаков будут выжаты последние поколения звезд и даже эволюция нескольких еще живых красных карликов будет постепенно подходить к своему завершению. Как только динамический цикл рождений и гибели звезд превратится в простое воспоминание, Вселенная изменит свой темперамент, пополнит свое содержимое и продолжит эволюцию.
Когда Вселенная вступает в эпоху распада, перемены становятся довольно-таки очевидными. Обычные звезды, существующие за счет горения водорода, превратились в звездные остатки: коричневые карлики, белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. И хотя эти объекты могут показаться холодными и жалкими, именно они будут источником действия и волнения во Вселенной. Часы, измеряющие скорость развертывания событий, идут гораздо медленнее. Начинают происходить астрофизические события, которые из-за жестких временных ограничений никогда не могли бы произойти в современной Вселенной.
Познакомимся с вырожденными звездными остатками
Масса звездных остатков служит некой «заначкой» для эпохи распада. Мы уже встречались с этой кастой вырожденных объектов в предыдущей главе. Во всей этой коллекции звездных остатков итогом звездной эволюции, продолжавшейся триллионы лет, служат четыре обычных класса: коричневые карлики, белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры (см. рис. 13). Однако, полноты ради, нельзя забывать и о возможности существования пятого варианта. Когда в достаточно массивной обычной звезде возникнет неустойчивость, результирующая вспышка сверхновой иногда может быть настолько мощной, что все звездное вещество рассеется в космическом пространстве. Другими словами, не останется ничего. Такой исход является быстрой и решительной победой термодинамики в ее сражении с силой гравитации. В остальных четырех случаях гравитация так легко не сдается.
Рис. 13. На левой диаграмме изображено относительное количество звезд, рождающихся в различных диапазонах массы. Самый большой сектор предназначен для коричневых карликов, массы которых находятся в диапазоне от 0,01 до 0,08 массы Солнца. Другой большой сектор отводится под красных карликов, массы которых лежат между 0,08 и 0,43 солнечной массы. Следующий большой сектор содержит средние по весу звезды, находящиеся в диапазоне от 0,43 до 1,2 солнечной массы Массивные звезды попадают в диапазон от 1,2 до 8 солнечных масс, а самый маленький сектор предназначен для тяжелых звезд, масса которых превышает восемь солнечных. На правой диаграмме приводится распределение звездных остатков — объектов, оставшихся по завершении звездной эволюции. Коричневые карлики остаются коричневыми карликами, но большинство звезд (масса которых меньше восьми масс Солнца) завершают свою жизнь в виде белых карликов. И лишь крошечная часть звезд, масса которых превышает восемь солнечных, могут превратиться в черные дыры и нейтронные звезды. Размер сектора, отведенного под черные дыры и нейтронные звезды, преувеличен ради ясности
Коричневые карлики
Коричневые карлики крупнее планет, но мельче обыкновенных звезд и представляют собой самую легкую разновидность вырожденных остатков. Это звезды-неудачники — в том смысле, что в их недрах не может произойти ядерное возгорание водорода. Им недоступен обычный источник звездной энергии, вследствие чего с самого момента рождения и впредь им суждено вести скромную жизнь остывания и сжатия.
В основе неспособности коричневых карликов превратиться в звезды лежат несколько физических причин. Одна из важнейших состоит в том, что скорости протекания ядерных реакций чрезвычайно чувствительны к переменам температуры. Малейшее увеличение температуры в недрах звезды вызывает гигантский всплеск энергии, вырабатываемой в процессе водородного синтеза. В результате этого температура, при которой в звездах происходит синтез водорода, всегда близка к десяти миллионам градусов Кельвина. (Как только ядро звезды становится горячее, увеличение избыточной энергии заставляет его расширяться и остывать.) Далее, поскольку температура постоянно остается равной десяти миллионам градусов, по мере уменьшения массы звезды возрастает плотность ее недр. Маленькие звезды должны сжиматься сильнее, чтобы достигнуть центральной температуры в десять миллионов градусов, вследствие чего они значительно плотнее более массивных. Последней же каплей становится то, что давление, создаваемое вырожденным материалом, быстро растет с увеличением плотности. То есть если вы попытаетесь сжать кусок вырожденного вещества, он окажется очень жестким и будет сопротивляться сжатию.