Чудовища доктора Эйнштейна. О чёрных дырах, больших и малых

Вселенная катится во тьму. Первые звезды образовались примерно через 100 млн лет после Большого взрыва, когда Вселенная была в 30 раз меньше и горячее, чем сейчас. Пик строительства галактик и формирования звезд произошел примерно через 3 млрд лет после Большого взрыва, и с тех пор наблюдается спад. Уровень формирования звезд в настоящее время составляет от 30 до 40 % от пикового, и спад продолжится, поскольку новым звездам доступно все меньше газа. Даже если мы будем ждать вечно, количество новых звезд оставит всего 5 % от числа возникших на данный момент[400]. Это средние показатели: в любую эпоху в более массивных и богатых газом галактиках темпы формирования звезд выше, чем в менее массивных и бедных газом. Уменьшение количества доступного газа будет долгое время компенсироваться звездами, которые в конце жизни выбрасывают часть своей массы или гибнут как сверхновые.

Наряду со снижением темпов звездообразования все большая доля звездной массы всех галактик будет находиться в состоянии коллапсировавших остатков. Когда формирование звезд полностью завершится и возникнет последняя черная дыра примерно через 100 трлн лет от нынешнего времени, – гравитация одержит окончательную победу[401]. Так совпало, что это ожидаемая продолжительность жизни красных карликов наименьшей массы – холодных звезд лишь чуть массивнее порогового значения, что позволяет поддерживать термоядерный синтез: 0,08 солнечных масс. Временной размах впечатляет. Мы пока находимся в самой ранней фазе жизни Вселенной, озаренной звездами, – в масштабах человеческой жизни это возраст младенца недели от роду.

В отдаленном будущем, по окончании звездной эры, 400 млрд звезд Млекомеды поровну разделятся на белые и коричневые карлики, дополненные малочисленным населением нейтронных и черных дыр. Звезды более 0,08 и менее 8 солнечных масс коллапсируют приблизительно до размеров Земли и излучат оставшуюся энергию в космос, став белыми карликами. Несостоявшиеся звезды – от 0,01 до 0,08 солнечных масс (10–80 масс Юпитера) – коллапсируют в коричневые карлики, возможно, синтезирующие гелий из дейтерия в минимальных объемах[402]

. Нейтронные звезды составят 0,3 % всех звездных остатков Млекомеды, а черные дыры буду равны ничтожным 0,03 %.

По прошествии необозримого времени белые и коричневые карлики настолько остынут, что их излучение сместится в невидимые инфракрасные частоты. Какое-то время черные дыры в двойных системах будут ярко сиять благодаря газу, оттягиваемому у компаньонов, но постепенно и компаньоны станут звездными остатками, и газовый источник истощится. Галактики постепенно погрузятся во тьму.

Будущее испарение и распад

Описанное нами отдаленное будущее ждет не только Млекомеду, но и каждую из сотен миллиардов галактик наблюдаемой Вселенной. На их звезды действуют те же законы астрофизики, что и на звезды в нашей системе. Однако наши потомки не смогут увидеть, как погаснут все другие галактики. Причина – в темной энергии.

Темная энергия – главная тайна космологии. В 1995 г. астрономы обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется из-за неизвестной силы, противодействующей силе гравитации, которая должна была бы замедлять этот процесс. Космический «пирог» состоит на 25 % из темной материи, на 70 % из темной энергии и на 5 % из нормальной материи. На большие и маленькие черные дыры приходится до 0,005 % Вселенной, так что это очень малозначительный компонент[403]. Из-за темной энергии наблюдаемые сейчас галактики постепенно исчезнут из виду, поскольку будут удаляться прочь быстрее скорости света. Через 100 млрд лет, что в десять раз больше нынешнего возраста Вселенной, все галактики, кроме Млекомеды, покинут наш горизонт событий[404]. Нам останется, образно выражаясь, смотреть на собственный пупок. Конец звездной эры и последующие события можно будет наблюдать только в Галактике, в которой мы обитаем.