Четыре типа звезд, которые появятся через миллиарды и триллионы лет

Сегодняшние звезды нашего космоса — не единственный возможный тип звезд. Через многие миллиарды и даже триллионы лет могут появиться новые странные объекты, когда наши нынешние звезды состарятся и начнут превращаться в совершенно иные небесные тела. Журнал «Смитсониан» рассказывает о четырех типах звезд, которые могут возникнуть в будущем. 

На начальном этапе своего существования Вселенная была наполнена странными и таинственными объектами. Вскоре после Большого Взрыва огромные облака материи могли формировать черные дыры непосредственно, не соединяясь в звезды, что мы наблюдаем сегодня. Псевдогалактики освещали моря нейтрального водорода, делая Вселенную прозрачной, выпуская фотоны там, где прежде была только темнота. А недолговечные звезды из одного только водорода и гелия то возникали, то исчезали подобно искрам в ночи.

Спустя 13 с лишним миллиардов лет материя Вселенной образовала многочисленные типы звезд разных размеров, степени яркости и продолжительности жизни. Но сегодняшние звезды нашего космоса это не единственный тип звезд, какой может существовать. В отдаленном будущем, через многие миллиарды и даже триллионы лет могут появиться странные объекты, когда наши нынешние звезды состарятся и станут превращаться в совершенно иные небесные тела. Некоторые из этих объектов могут даже стать предвестниками тепловой смерти Вселенной, после которой наступит неизвестность.

Представляем четыре типа звезд, которые смогут существовать в будущем — конечно, если Вселенная доживет до того дня, когда сможет дать им жизнь.

Красные карликовые звезды считаются самым распространенным типом звезд во Вселенной. Они невелики по размерам, иногда не превышая в объеме газовые планеты-гиганты. У них также небольшая масса и низкая (для звезды) температура. Масса самых маленьких карликов всего в 80 раз превышает массу Юпитера, в то время как Солнце, относящееся к типу G (желтый карлик), примерно в тысячу раз превосходит по своей массе Юпитер.

Но в этих довольно маленьких и холодных звездах есть нечто особенное. Астрономы считают, что красные карлики могут существовать триллионы лет, медленно сжигая водород и превращая его в гелий. Это означает, что некоторые красные карлики живут почти столько же, сколько и Вселенная. Звезда, масса которой составляет 10% от массы Солнца, может прожить почти шесть триллионов лет, а самые маленькие звезды типа TRAPPIST-1 могут просуществовать в два раза больше, о чем сообщается в опубликованной в 2005 году работе. Вселенной всего около 13,8 миллиарда лет, а поэтому красные карлики прожили менее одного процента своей жизни.

В отличие от них, Солнцу осталось всего пять миллиардов лет, после чего у него закончится водородное топливо, и оно начнет превращать гелий в углерод. Эти изменения вызовут новую фазу эволюции Солнца, которое сначала увеличится, превратившись в красный гигант, а затем остынет и уменьшится до размеров белого карлика. Это такой богатый электронами труп звезды, какие мы видим по всей галактике.

Через триллионы лет красные карлики тоже начнут уничтожать последние запасы своего водорода. Холодные маленькие звезды на какое-то время очень сильно раскалятся, излучая голубой свет. Вместо того, чтобы увеличиваться подобно Солнцу, красный карлик на позднем этапе своего существования коллапсирует, то есть, схлопывается вовнутрь. Постепенно, когда фаза синего карлика закончится, останется только оболочка звезды в форме маленького белого карлика.

Но даже белые карлики не могут существовать вечно. Когда у белого карлика истощаются запасы углерода, кислорода и свободных электронов, он медленно выгорает, превращаясь в черного карлика. Эти теоретически предсказанные объекты состоят из вырожденной материи. Они почти или совсем не излучают свет. На этом этапе звезда умирает по-настоящему.

Такая судьба уготована звездам типа Солнца, хотя пройдут миллиарды лет, прежде чем звезда начнет процесс превращения в черного карлика. К концу жизни Солнца как звезды главной последовательности (ее продолжительность около 10 миллиардов лет, а сейчас Солнцу 4,8 миллиарда лет) оно увеличится, возможно, до орбиты Венеры, и станет красным гигантом. Такие размеры оно сохранит миллиард лет, после чего станет белым карликом. По оценкам НАСА, Солнце будет находиться в состоянии белого карлика примерно 10 миллиардов лет. Но есть и другие оценки, указывающие на то, что звезды могут находиться в этой фазе квадриллион лет. Так или иначе, это больше, чем нынешний возраст Вселенной, а поэтому ни один из этих экзотических объектов пока не существует.

В конце жизни черного карлика наступает протонный радиоактивный распад, и постепенно он испаряется, превращаясь в экзотическую форму водорода. Обнаруженным в 2012 году двум белым карликам более 11 миллиардов лет, а это значит, что они близки к превращению в черных карликов. Однако этот процесс могут затормозить самые разные факторы, и поэтому нам лучше понаблюдать за ними несколько миллиардов лет, чтобы понять, как они эволюционируют.

Когда-нибудь у Вселенной начнет заканчиваться материя, годная для применения, потому что большая часть легких элементов превратится в более тяжелые. Тогда и появятся замороженные звезды, которые нагреваются только до температуры замерзания воды. Они будут существовать при температуре 273 градуса Кельвина (около нуля градусов Цельсия), заполненные различными тяжелыми элементами по причине нехватки в космосе водорода и гелия.

Как говорят ученые Фред Адамс (Fred Adams) и Грегори Лафлин (Gregory Laughlin), предсказывающие возникновение таких объектов, замороженные звезды сформируются только через многие триллионы лет. Некоторые из этих звезд появятся в результате столкновений объектов под названием коричневые карлики, которые больше планет, но слишком малы, чтобы зажечься и стать звездами. Замороженные звезды, несмотря на свою низкую температуру, теоретически обладают достаточной массой для ограниченного ядерного синтеза, но ее не хватает, чтобы испускать в больших количествах собственный свет. Их атмосфера будет загрязнена ледяными облаками со слабым ядром, излучающим небольшое количество энергии. Если прогнозы ученых верны, они будут больше похожи на коричневых карликов, чем на настоящие звезды.

В этом далеком будущем самые большие звезды по своей массе будут всего в 30 раз больше Солнца, в то время как известные на сегодня звезды в 300 с лишним раз превышают массу нашего светила. Согласно этой теории, в то время звезды в среднем будут намного меньше, примерно в 40 раз превосходя по своей массе Юпитер. Под поверхностью они будут с большим трудом превращать водород в гелий. По мнению Адамса и Лафлина, в этом холодном и отдаленном будущем, когда Вселенная полностью прекратит создавать звезды, из крупных объектов останутся в основном только белые карлики, коричневые карлики, нейтронные звезды и черные дыры.

Если Вселенная постоянно расширяется, как это происходит в настоящее время, а не схлопывается вовнутрь (ученые не уверены, как она поступит), то со временем ей грозит своего рода «тепловая смерть», когда начнут разлетаться сами атомы. К концу этого периода могут сформироваться очень необычные объекты. Самым необычным объектом такого рода будет железная звезда.

Звезды в космическом пространстве постоянно соединяют легкие элементы в более тяжелые, и со временем появится невероятное количество изотопов железа. Это стабильный и долговечный элемент. Экзотическое квантовое туннелирование будет прорываться через железо на субатомном уровне. Со временем в результате этого процесса будут возникать железные звезды — гигантские объекты со звездной массой, состоящие почти целиком из железа. Но такой объект может возникнуть лишь в том случае, если не будет распада протонов, а это большой вопрос, на который у человечества нет ответа, потому что оно слишком мало прожило.

Никто не знает, сколько времени просуществует Вселенная, и род человеческий вряд ли доживет до кончины космоса. Но если бы мы могли прожить дольше и понаблюдать за небом несколько триллионов лет, мы бы наверняка стали свидетелями удивительных перемен.