Астрономія

Всесвіт існуватиме вічно? Як довго у ньому потягнуть люди?
Як виглядатиме світ через мільярд чи мільярд мільярдів років?

Почнемо з найважливішого. Як довго ми зможемо жити на Землі?

Наше Сонце сформувалося близько 4,5 мільярдів років тому. Воно належить до спектрального класу G, або жовтих карликів — відносно невеликих зірок головної послідовності. Ми вже писали про залежність довжини життя зірок від їхньої маси. Приблизно половина запасів водню в ядрі Сонця вже перетворилася на гелій, тож на головній послідовності наша зоря перебуватиме ще близько 4,5-5,5 мільярдів років. 

Після цього Сонце стане червоним гігантом. Він буде більшим, яскравішим та холоднішим за звичне для нас світило. Окрім того, через збільшення розмірів Сонця його зовнішні шари поглинуть Меркурій та Венеру і досягнуть орбіти Землі. Навіть якщо вони не зачеплять нашу планету, через дію припливних сил вона буде поступово наближатися до них та врешті решт також буде поглинута Сонцем. Згідно з іншим сценарієм, червоний гігант створить зоряні вітри, через які втратить частину своєї маси. У результаті його гравітація стане слабшою, і Земля перейде на орбіту з більшим радіусом.

Втім, у бідь-якому разі, умови на нашій планеті стануть непридатними для життя ще задовго до того, як зірка перейде у стадію червоного гіганта. Світність Сонця зростає на 1% кожні 100 мільйонів років. Через 1,1 мільярдів років вона збільшиться на 10% від сучасного рівня, отже, атмосфера Землі отримуватиме більше теплової енергії, через що на планеті виникне сильний парниковий ефект. Першими почнуть вмирати еукаріоти та складні багатоклітинні форми життя. Найдовше протримаються прокаріоти.
Кінцева тривалість існування біосфери визначається їхнім вимиранням приблизно через 1.6 мільярдів років. А через 3,5 мільярди років Сонце стане яскравішим на 40%, що призведе до випаровування води з атмосфери та кипіння океанів.  

А якщо людство переселиться на іншу планету?

При найбільш оптимістичному сценарії, якщо технологія міжзоряних подорожей дійсно може існувати, людство займатиметься колонізацією екзопланет. Але слід враховувати, що вік зірок, біля яких вони існують, також не безкінечний. Довше за всіх протримаються червоні карлики, маса яких лежить в діапазоні від 0,08 до 0,47 сонячної маси. Вони спалюють водень дуже повільно та випромінюють у мільйони разів слабше за Сонце. За весь час, що пройшов з моменту Великого вибуху, жоден з червоних карликів ще не встиг вичерпати запаси свого палива, тож такі зорі будуть перебувати на головній послідовності трильйони років. Таким чином, у довгостроковій еволюції Всесвіту саме червоні карлики відіграють найважливішу роль. Екзопланети біля таких зірок видаються найбільш перспективними для заселення, якщо припустити, що умови на їхніх поверхнях підійдуть для людства.

Втім, ми не зможемо вічно колонізувати нові світи на орбітах червоних карликів, адже через 100 трильйонів років запаси газу в галактиках вичерпаються, і процес зореутворення припиниться. Нові світила перестануть народжуватися, і приблизно в той же час еволюція навіть найменш масивних зірок завершиться. Настане епоха розпаду.

Що лишиться, коли згаснуть усі зірки?

Всесвіт буде заповнений кінцевими продуктами зоряної еволюції: білими карликами, нейтронними зірками та чорними дірами. Також у той час будуть присутніми коричневі карлики. Якщо людство усе ще існуватиме у цю епоху, Всесвіт буде виглядати для нього темним, адже більшість з цих об’єктів буде випромінювати в інфрачервоному спектрі, невидимому для людського ока. На цьому етапі усі галактики Місцевої групи зіллються в одну еліптичну галактику. Всесвіт за її межами внаслідок розширення стане недоступним для спостережень.

А щось живе взагалі зможе тоді існувати?

Життя на екзопланеті, що обертається довкола білого карлика, має дуже низькі шанси виникнути, проте в теорії це можливо. Щоб отримати достатньо тепла, екзопланета має знаходитися приблизно у 75 разів ближче до такої зорі, аніж Земля до Сонця, що спричинить її синхронне обертання довкола світила. Тобто, вона завжди буде повернута до зірки однією стороною. У зоні вічної ночі буде занадто холодно, у зоні вічного дня — занадто спекотно, але на межі цих зон можуть бути сприятливі для життя умови. Білі карлики світитимуть 10²⁰ років, що у сто мільярдів разів більше за час, який знадобився для розвитку життя на Землі. Проте і цей час врешті решт спливе.

Окрім того, через 10³⁴ років, можливо, станеться ще одна подія — розпад протонів, позитивно заряджених частинок у ядрах атомів. Наука поки що не може сказати напевно,чи розпадається протон, але якщо це станеться, матерія як така перестане існувати. Жодних нейтронних зірок, білих і коричневих карликів та планет не залишиться. Навіть якщо протон не розпадається, через 10⁴⁰ років єдиними існуючими у Всесвіті астрономічними тілами стануть чорні діри. Цей період дістав назву епохи чорних дір.

Епоха чорних дір триватиме вічно?

Ні. Чорні діри втрачають масу через випромінювання Гокінга. Чим масивніша діра, тим повільніше вона випаровується. Такий об’єкт з мінімальною масою з усіх можливих (приблизно три сонячних маси) зникне через 10⁶⁸ років. А через 10⁹² років випаруються навіть надмасивні чорні діри, що перебували у центрах галактик.

Що буде після епохи чорних дір?

Чорні діри завершують своє існування яскравим та потужним спалахом енергії. Коли останній з цих об’єктів випарується до кінця, на кілька годин невелику область Всесвіту заллє світло. Це будуть останні миті, коли щось живе, якщо на той момент воно буде існувати, зможе щось бачити. Після цього світ буде заповнений лише низькоенергетичними субатомними частинками та фотонами. Настане епоха вічної темряви. Усе довкола прийде до термодинамічної рівноваги, Всесвіт спіткає теплова смерть, і більше нічого не буде змінюватися.  

Чи є якісь альтернативи?

Є, але вони вам також не сподобаються. Майбутнє Всесвіту залежить від того, як саме він розширюється. За цей процес відповідає темна енергія, властивості якої усе ще не до кінця вивчені. Поки що невідомо напевно, чи буде Всесвіт розширюватися вічно. Якщо так, то на нього чекає теплова смерть, яку ми описали вище. Якщо Всесвіт замкнений і його розширення врешті-решт зупиниться, почнеться Велике стискання. Цей процес обернений до розширення, але він виглядатиме дещо інакше. Речовина буде збиратися в окремі групи, перетворюючись на чорні діри, які врешті решт зіллються в одну. Всесвіт сколапсує у сингулярність. Існує припущення, що за Великим стисканням знову буде Великий вибух, і такі цикли Всесвіт переживатиме раз за разом. 

Ще одна гіпотетична доля, що чекає на Всесвіт — Великий розрив. Якщо вплив темної енергії буде ставати з часом усе сильнішим, ця сила стане домінуючою, і жодна інша взаємодія, навіть гравітація, не зможе її зупинити. Горизонт подій, тобто межа, звідки світло може потрапити до спостерігача, ставатиме дедалі вужчим. І це не просто оптична ілюзія, а фізичні кордони для простору-часу. Горизонт подій поступово стане меншим за галактику, Сонячну систему, Землю, субатомні частинки. Таким чином, матерія розірветься на найменшому фундаментальному рівні, і які фізичні закони будуть діяти після цього, вгадати неможливо.  

Усе це звучить якось зовсім жахливо. Дайте мені хочу якусь надію!

Існує гіпотеза Мультиверсу, згідно з якою наш Всесвіт — один з багатьох паралельних світів. Ця теорія не є загальноприйнятою у науковій спільноті. Цілком імовірно, що після того, як життя зникне з нашого Всесвіту, умови в інших продовжать бути для нього сприятливими. Щоправда, ми ніяк не зможемо потрапити до них, щоб це перевірити.