Через 7,8 миллиарда лет

Конец Солнца

Через двенадцать миллиарда лет после рождения Солнца завершается фаза красного гиганта. В результате ядерного выгорания водорода в солнечных недрах образуется гелиевое ядро. Давление излучения, создаваемого ядерными реакциями, слабеет, ядро сжимается и разогревается до сотен миллионов кельвинов. Это приводит к тому, что ядра гелия начинают слипаться в ядра углерода в результате тройного альфа-процесса – цепочки термоядерных реакций, которая создает из трех ядер гелия – альфа-частиц – одно ядро углерода. Этот процесс сильно зависит от температуры и начинается с резкого скачка скорости реакций, который астрофизики называют «гелиевой вспышкой». Внезапный приток энергии перестраивает центральные области звезды: ядро Солнца расширяется, а оболочка сжимается. Начинается очередная устойчивая фаза, напоминающая эпоху синтеза водорода, но гораздо короче – всего около ста миллионов лет.

Запасы гелиевого топлива быстро истощаются – синтез гелия в ядре прекращается. Аналогично тому, как это происходило в предшествующей фазе, гелиевый синтез перемещается в окружающие ядро оболочки; серия гелиевых вспышек заставляет эти оболочки расширяться. Солнце вновь становится красным гигантом. За время, прошедшее с момента первой гелиевой вспышки, его радиус увеличивается до целой астрономической единицы. Но из-за того, что во время предшествующих процессов Солнце утратило значительную часть своей массы, по закону сохранения углового момента, радиус земной орбиты растет и Земле довольно долго удается избегать поглощения Солнцем. Однако приливные силы, которыми Солнце воздействует на планету, подталкивают ее обратно к красному гиганту. Окруженная облаками газа из сброшенных Солнцем оболочек, Земля постепенно по спиральной траектории опускается в недра Солнца и испаряется.

Солнце расширяется с каждой гелиевой вспышкой; его внешние слои постепенно расходятся в пространстве в виде огромной планетарной туманности. Это немного сбивающее с толку название предложил в конце XVIII века Уильям Гершель для обозначения небесных тел, которые, по его мнению, своим видом напоминали планеты, например Уран, который он незадолго до этого открыл. Потеряв половину своей массы, Солнце превращается в сверхплотный шар, лишь немногим больше нынешней Земли, однако в двести тысяч раз массивнее. Разогревшись в процессе образования до температуры в сто шестьдесят тысяч кельвинов, белый карлик будет светить еще миллиарды лет.

Через 20 миллиарда лет

Большой разрыв?

Исследования фонового космологического излучения, выполненные европейским космическим зондом «Планк» с 2009 по 2013 год, показали, что основной компонент Вселенной – темная энергия. Эта гипотетическая форма энергии, заполняющая равномерно все пространство, определяет его повсеместное расширение – впервые к этому выводу пришли американские физики Перлмуттер, Шмидт и Рисс, в 2011 году получившие за это открытие Нобелевскую премию по физике. Судьба Вселенной, согласно этой теории, зависит прежде всего от ее главной составляющей: темной энергии. Однако об этой загадочной субстанции ничего или почти ничего не известно, кроме того, что именно она – единственный фактор, способный ускорять расширение Вселенной. Не будь темной энергии, Вселенная неизбежно должна была бы в конце концов сжаться под действием гравитации всей заключенной в ней материи.

Многие астрофизики считают, что, в отличие от материи, плотность которой в расширяющейся Вселенной уменьшается со временем, плотность темной энергии остается постоянной. Наблюдения за скоплениями галактик, расположенными на очень разных расстояниях, пока подтверждают вывод о том, что темная энергия заполняет все пространство и ее плотность не зависит ни от расстояния, ни от времени. Темная энергия, таким образом, заставляет вспомнить о космологической постоянной – параметре, который Эйнштейн в 1917 году ввел в систему уравнений общей теории относительности, чтобы привести теорию в соответствие с концепцией статической Вселенной. В рамках общей теории относительности введение космологической константы было эквивалентно заполнению всего пространства отрицательной энергией, способной уравновесить гравитацию и обеспечить стабильность Вселенной. После открытия на рубеже 1930-х годов расширения Вселенной Эйнштейн назвал введение космологической постоянной «самой большой глупостью в своей жизни».

Согласно опубликованным в 2003 году работам американского физика-теоретика Роберта Колдуэлла и его коллег, Вселенная может быть заполнена темной энергией, называемой еще фантомной, плотность которой возрастает по мере расширения Вселенной. Фантомная энергия со временем увеличивается, и в бесконечной временной перспективе ее плотность тоже стремится к бесконечности. Превзойдя по силе воздействия все иные процессы, способные обеспечить сцепление структур Вселенной, призрачная энергия разорвет все связи, и через двадцать миллиарда лет Вселенной придет конец в виде Большого разрыва. За сотни миллионов лет до Большого разрыва начнется распад галактических скоплений, а потом и самих галактик. За несколько лет до Разрыва придет очередь планетных систем, а за несколько минут – звезд. И наконец, в последнюю долю секунды распадутся атомы.

Через 100 миллиарда лет