Вселенная может «завершиться» темной вечностью, объясняет астрофизик

Неизвестно, наступит ли вообще Вселенная «конец», но все данные свидетельствуют о том, что она продолжит оставаться космическим домом человечества в течение очень, очень долгого времени.

Вселенная – все пространство и время, а также вся материя и энергия – началась около 14 миллиардов лет назад в результате быстрого расширения, называемого Большим взрывом, но с тех пор она находилась в состоянии непрерывных изменений.

Во-первых, она была полна диффузного газа частиц, которые сейчас составляют атомы: протоны, нейтроны и электроны. Затем этот газ распался на звезды и галактики.

По теме: Физики предсказывают, когда Вселенная закончится обратным Большим взрывом

Наше понимание будущего Вселенной основано на объектах и процессах, которые мы наблюдаем сегодня.

Как астрофизик, я наблюдаю такие объекты, как далекие галактики, что позволяет мне изучать, как звезды и галактики изменяются с течением времени. Поступая так, я разрабатываю теории, предсказывающие, как Вселенная изменится в будущем.

Графическая временная шкала истории Вселенной: от Большого взрыва слева до ускоренного расширения сегодня справа. — Наша текущая теория истории Вселенной. Слева — Большой взрыв, произошедший примерно 14 миллиардов лет назад. Структура и состав Вселенной со временем изменились. (Научная группа НАСА/WMAP)

Предсказывать будущее, изучая прошлое?

Предсказывать будущее Вселенной, расширяя то, что мы видим сегодня, — это экстраполяция. Это рискованно, потому что может случиться что-то неожиданное.

Интерполяция – соединение точек в наборе данных – гораздо безопаснее. Представьте, что у вас есть фотография себя, когда вам было 5 лет, а затем еще одна, когда вам было 7 лет. Кто-то, вероятно, мог бы догадаться, как вы выглядели, когда вам было 6 лет. Это интерполяция.

Используя фотографию автора, когда ему было 5 и 7 лет, вы могли бы интерполировать, как он выглядел, когда ему было 6 лет, но вы не могли предсказать, как он будет выглядеть в 29 лет. (Стивен ДиКерби)

Может быть, они могли бы экстраполировать эти две фотографии как вы будете выглядеть в 8 или 9 лет, но никто не может точно предсказать будущее. Возможно, через несколько лет вы наденете очки или внезапно станете очень высоким.

Ученые могут предсказать, как, вероятно, будет выглядеть Вселенная через несколько миллиардов лет в будущем, экстраполируя то, как звезды и галактики меняются с течением времени, но в конечном итоге все может стать странным. Вселенная и все, что внутри нее, может снова измениться, как это происходило в прошлом.

Как изменятся звезды в будущем?

Хорошие новости: Солнце, наша желтая звезда среднего размера, будет продолжать светить в течение миллиардов лет. Это примерно половина его жизни в 10 миллиардов лет. Время жизни звезды зависит от ее размера. Большие, горячие, голубые звезды живут меньше, а крошечные, холодные, красные звезды живут гораздо дольше.

Сегодня в некоторых галактиках все еще рождаются новые звезды, но в других уже исчерпан запас звездообразующего газа. Когда галактика перестает образовывать звезды, голубые звезды быстро становятся «сверхновыми» и исчезают, взрываясь всего через несколько миллионов лет.

Затем, миллиарды лет спустя, желтые звезды, такие как Солнце, выбрасывают свои внешние слои в туманность, оставляя только красные звезды. В конце концов, все галактики во Вселенной перестанут производить новые звезды, а звездный свет, заполняющий Вселенную, постепенно станет красным и тусклым.

Иллюстрация красного карлика и ближайшей планеты — Красные карлики — самые долгоживущие звезды. Как только во Вселенной прекратится звездообразование, в конечном итоге останутся только красные звезды, которые постепенно исчезнут в течение триллионов лет. (NASA/ESA/STScI/G. Bacon)

Через триллионы лет – в сотни раз дольше, чем нынешний возраст Вселенной – эти красные звезды также исчезнут во тьме.

Но до тех пор будет много звезд, дающих свет и тепло.

Как галактики изменятся в будущем?

Подумайте о строительстве замка из песка на пляже. Каждое ведро песка делает замок все больше и больше. Галактики со временем растут аналогичным образом, поглощая меньшие галактики. Эти галактические слияния будут продолжаться и в будущем.

В скоплениях галактик сотни галактик падают внутрь к их общему центру, что часто приводит к беспорядочным столкновениям. В результате этих слияний спиральные галактики, представляющие собой упорядоченные диски, хаотично объединяются в беспорядочные облака звезд в форме капелек. Подумайте, как легко превратить хорошо построенный замок из песка в большой беспорядок, опрокинув его.

По этой причине во Вселенной со временем будет меньше спиральных галактик и больше эллиптических галактик, потому что спиральные галактики объединяются в эллиптические галактики.

Галактика Млечный Путь и соседняя галактика Андромеды могут объединиться таким образом через несколько миллиардов лет. Не волнуйтесь: звезды в каждой галактике пролетят мимо друг друга совершенно невредимыми, и будущие звездочеты увидят фантастическое зрелище слияния двух галактик.

Как изменится сама Вселенная в будущем?

Большой взрыв положил начало расширению, которое, вероятно, продолжится и в будущем. Гравитация всего вещества во Вселенной – звезд, галактик, газа, темной материи – притягивает внутрь и замедляет расширение, а некоторые теории предполагают, что расширение Вселенной будет замедляться или останавливаться.

Однако некоторые данные свидетельствуют о том, что некая неизвестная сила начинает оказывать отталкивающее воздействие, вызывая ускорение расширения. Ученые называют эту внешнюю силу темной энергией, но о ней известно очень мало.

Как изюм в печенье, галактики будут удаляться друг от друга все быстрее и быстрее. Если так будет продолжаться и в будущем, другие галактики могут оказаться слишком далеко друг от друга, чтобы их можно было наблюдать из Млечного Пути.

Имитированный вид ночного неба с планеты в огромной эллиптической галактике — После того, как звездообразование прекращается и галактики сливаются в огромные эллиптические образования, расширение Вселенной может означать, что другие галактики невозможно будет наблюдать. В течение триллионов лет так могло бы выглядеть неизменное ночное небо: одна красная эллиптическая галактика. (NASA; ESA; Z. Levay and R. van der Marel, STScI; T. Hallas; and A. Mellinger)

To summarize the best current prediction of the future: Star formation will shut down, so galaxies will be full of old, red, dim stars, gradually cooling into darkness. Каждая группа или скопление галактик сольются в одну массивную эллиптическую галактику. Ускоренное расширение Вселенной сделает невозможным наблюдение за другими галактиками за пределами местной группы.

Этот сценарий в конечном итоге превращается в темную вечность, продолжающуюся триллионы лет. Могут появиться новые данные, которые изменят эту историю, и следующий этап истории Вселенной может оказаться чем-то совершенно другим и неожиданно прекрасным.

В зависимости от того, как вы на это посмотрите, у Вселенной может и не быть «конца». Даже если то, что существует, сильно отличается от того, чем является Вселенная сейчас, трудно представить отдаленное будущее, в котором Вселенная полностью исчезнет.

Какие чувства вызывает у вас этот сценарий? Иногда это вызывает у меня тоску, что является своего рода грустью, но потом я вспоминаю, что мы живем в очень захватывающее время в истории Вселенной: в самом начале, в эпоху, полную захватывающих звезд и галактик, которые стоит наблюдать!

Космос может поддерживать человеческое общество и любопытство на миллиарды лет вперед, поэтому у нас есть много времени для продолжения исследований и поиска ответов.

Стивен ДиКерби, постдокторант в области физики и астрономии, Университет штата Мичиган

Эта статья переиздана из журнала The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.