Пять возрастов Вселенной

Адамс Фред

Столкновениям галактик часто сопутствуют мощные всплески образования звезд. Гигантские облака газа, находящиеся в пределах галактик, во время таких столкновений смешиваются и с поразительной скоростью рождают новые звезды. Многочисленные сверхновые, возникающие в результате гибели более массивных звезд, могут иметь весьма серьезные следствия.

Несмотря на то, что после столкновения структура галактики в целом выглядит совершенно по-другому, отдельные звезды и их солнечные системы его практически не ощущают. Галактика типа Млечного Пути — это, главным образом, пустое пространство: звезды в галактике подобны отдельным песчинкам, которые в любом направлении отделены друг от друга несколькими милями пустоты. И даже в несколько более плотных слившихся галактиках расстояние между звездами превышает один световой год, что

в тысячу раз больше Солнечной системы и в десять миллионов раз больше звезды. Планетарные системы, имеющиеся в переживающей столкновение галактике, даже не почувствуют медленную катастрофу, которая происходит вокруг них и продолжается миллионы лет. Самым заметным последствием подобной катастрофы для планеты типа Земли стало бы постепенное удвоение числа звезд, видимых на ночном небе.

На самом деле, Млечному Пути суждено пережить галактическое столкновение (и утратить свою индивидуальность) в относительно близком будущем. Соседняя с ним галактика Андромеда, также известная как М31, в настоящее время движется по траектории, которая приведет к столкновению с Млечным Путем. Однако из-за сложности проведения точных астрономических измерений скоростей галактик мы не можем точно определить направление, в котором движется Андромеда. Однако совершенно ясно, что эта крупная галактика пройдет очень близко от нашей Галактики и, возможно, даже столкнется с ней примерно через шесть миллиардов лет: как раз тогда, когда Солнце начнет раздуваться, превращаясь в красного гиганта. Даже если Андромеда и Млечный Путь не столкнутся именно в эту будущую встречу, рано или поздно им все равно не избежать друг друга. Млечный Путь определенно находится в гравитационной связи с Андромедой. По мере того как две эти галактики движутся по орбите друг вокруг друг друга и из-за динамического трения теряется энергия, будущее слияние становится почти неизбежным.

Таким образом, долгосрочная судьба скоплений галактик предрешена полностью: галактики, входящие в скопление, в конечном итоге будут взаимодействовать и сольются. Их самостоятельные индивидуальности объединятся, когда все скопление превратится в одну гигантскую и беспорядочную коллекцию звезд. Когда Вселенная перейдет из эпохи звезд в эпоху распада, современные скопления галактик станут огромными галактиками будущего. В действительности вся наша местная группа галактик, включая Млечный Путь и Андромеду, постепенно превратится в единую метагалактику.

Галактики в процессе релаксации

Промежутки между звездами в галактике типа Млечного Пути настолько огромны, что звезды пережили крайне мало прямых столкновений, если и пережили их вообще. По крайней мере, пока. Продолжая уже знакомую нам тему, скажем, что даже редкие события могут произойти, если предоставить им достаточно времени. По мере приближения эпохи распада столкновения звезд или события, близкие к ним, будут приобретать все большую важность. Такие встречи кардинальным образом изменят структуру Галактики и, в конечном итоге, приведут к ее гибели. Однако, в силу того что эта эра разрушения наступит лишь в разгар эпохи распада, звезды к тому времени уже будут звездными остатками, а Галактика давным-давно как станет расползшимся продуктом целого ряда галактических слияний.

Но даже в эпоху распада прямые лобовые столкновения звезд относительно редки. Сближения и близкие прохождения случаются гораздо чаще истинных столкновений. По мере развертывания эпохи распада звезды регулярно проходят рядом друг с другом, взаимодействуя через взаимное гравитационное притяжение. Близкое прохождение двух звезд приводит к небольшому изменению скорости и направления каждой из них. Звезды имеют тенденцию к взаимному разбросу всякий раз, когда оказываются рядом, что показано на рис. 14.

Рис. 14. На этой диаграмме показана реакция двух звезд на сближение. По завершении взаимодействия каждая звезда начинает двигаться в новом направлении, приобретает другое значение энергии, а следовательно, и скорость. Очень большое число подобных сближений приведет к динамической релаксации галактики и тем самым по истечении продолжительных промежутков времени изменит ее структуру

С

течением времени происходит множество таких разбросов, а их эффекты медленно накапливаются. Конечным итогом длинной последовательности подобных разбросов является перераспределение индивидуальных скоростей звезд, вращающихся по орбитам в пределах галактики. Более маленькие и легкие звезды имеют тенденцию к увеличению скорости и орбитальной энергии, тогда как более тяжелые звезды теряют орбитальную энергию. Когда в этом перераспределении «богатства» участвует много звезд, структура Галактики медленно изменяется в процессе динамической релаксации. По мере протекания этой релаксации некоторые звездные остатки приобретают столь большую энергию, что бывают вынуждены покинуть галактику. С течением времени из умирающей галактики испаряется все большее число звезд, которые, сталкиваясь, удаляются в межгалактическое пространство со скоростями, равными тремстам километрам в секунду (675 000 миль в час).

В ходе динамической релаксации число изгнанных звезд возрастает, из-за чего в галактике происходят важные структурные изменения. Поскольку галактику покидают звезды, имеющие максимальные энергии, оставшиеся звезды, в среднем, обладают меньшей энергией. Таким образом, происходит утечка энергии. В ответ на возрастающий энергетический кризис галактика вынуждена становиться меньше и плотнее. Это уменьшение галактики провоцирует еще большее число звездных сближений и изгнание все большего числа звезд. По мере ускорения этого процесса ситуация может выйти из-под контроля: галактика извергнет большую часть своих звезд, после чего их останется совсем мало и они будут сгруппированы в плотный комок.

Не слишком радужные перспективы ожидают низкоэнергетические звезды, которые упадут к центру галактики, где, как полагают ученые, имеется сверхмассивная черная дыра, причем это справедливо для каждой галактики. Эти гигантские черные дыры имеют массы, в миллионы или даже миллиарды раз превышающие солнечную. В процессе релаксации галактики черная дыра, расположенная в ее центре, поглотит блуждающие звезды, которые подойдут к ней слишком близко: окажутся в пределах горизонта событий. На протяжении всей эпохи распада эти сверхмассивные черные дыры будут постепенно увеличивать свой вес за счет непрерывного поглощения падающих звезд.

Галактики просуществуют в миллиарды раз дольше современного возраста Вселенной. Столь длительное время жизни обусловливается гигантскими расстояниями, разделяющими отдельные звезды и той медленной скоростью, с которой звезды их преодолевают. Однако по истечении достаточного времени и галактикам придется взглянуть в лицо своей гибели. В течение следующих девятнадцати или двадцати космологических декад (10 ¹⁹или 10 ²⁰лет) большинство мертвых звезд в галактике покинет ее в ходе процесса испарения звезд. Маленькую и невезучую часть звезд, быть может, порядка одного процента, поглотит черная дыра, расположенная в центре галактики. По завершении данного процесса динамической релаксации жизнь галактики, фактически, подходит к концу.

В ходе релаксации и рассеивания галактики сближения проходящих звезд оказывают разрушительное влияние на любые планеты, которые до сих пор вращаются по орбитам звезд. Эти события, изменяющие траектории движения звезд, имеют тенденцию смещать планеты с занимаемых ими орбит, в результате чего планеты уносятся в безбрежную пустоту космоса. О судьбе таких «беспризорных» планет мы рассказывали в предыдущей главе. Планеты, орбитальные радиусы которых сравнимы с радиусом нашей Земли, будут выброшены из своих солнечных систем в пятнадцатую космологическую декаду. Внешние планеты с большими орбитами более чувствительны, в силу чего к тому времени они уже давно канут в вечность. Планета вроде Нептуна, орбитальный радиус которой равен тридцати астрономическим единицам, будет изгнана из солнечной системы всего через двенадцать космологических декад — триллион лет. В эпоху распада даже самые внутренние планеты могут покинуть свои орбиты. Планета, орбита которой в десять раз меньше земной (несколько меньше орбиты Меркурия), будет выброшена с орбиты примерно через семнадцать космологических декад. Таким образом, звезды утратят свои солнечные системы задолго до девятнадцатой-двадцатой космологической декады, когда они навсегда покинут галактику.