Когда водород в недрах Солнца кончится, его термоядерный цикл дойдёт до фазы «гелий — гелий», в результате которой будет образовываться углерод. А ещё раньше светило станет красным гигантом, раз в 250 большей звездой, чем сегодня. Температура такой термоядерной реакции значительно выше, чем «водород — водород», идущей нынче в ядре Солнца. Поэтому его внешние слои расширятся и…
…А вот то, что будет потом, через 6–8 млрд лет после наших дней, современная астрономия представляет не так хорошо. Внешняя оболочка красного гиганта будет сорвана с его поверхности, а на месте звезды останется белый карлик. Но как?
«Звёзды типа Солнца в конце своей эволюции умирают после фазы катастрофической потери массы, именуемой ”звёздным суперветром”», — объясняет Альберт Зилжстра из Манчестерского университета (Великобритания). Однако ни природа этого явления, ни его детальные характеристики доселе не были до конца ясны, вот почему манчестерцы попробовали покопаться в этом сложном вопросе.
Красный гигант типа исследованной W Гидры (пылевой диск выделен по краям), в сотни раз больше Солнца (белая точка внизу). Таким же станет и наше светило через миллиарды лет. (Изображение Манчестерского университета.)
Согласно одной из гипотез, катализатором звёздного суперветра может быть железо, побочный продукт термоядерных реакций в звезде, в больших количествах накапливающийся в ней на поздних стадиях жизненного цикла. Проблема этой теории в том, что такая железная пыль должна слишком сильно нагреваться и испаряться ещё до того, как сможет инициировать процесс истечения звёздного суперветра.
Манчестерские астрономы использовали «Очень большой телескоп» в Чили, чтобы исследовать три красных гиганта (некогда близнецы нашего Солнца), находящихся на поздних стадиях развития. Вокруг каждой звезды был обнаружен пылевой диск. Ясно, что если бы эта пыль серьёзно задерживала излучение красных гигантов, она быстро испарилась бы. Следовательно, пыль относительно прозрачна и, вероятно, состоит из кристаллов.
Учёные полагают, что это чистые кремниевые минералы вроде тех, что широко представлены в обычном песке. Размер каждой «песчинки» в дисках вокруг звёзд, согласно результатам исследования, составляет 300 мкм, что значительно больше, чем ожидалось. Такие кристаллы плохо поглощают свет, но должны эффективно отражать его. И это отражение суть причина формирования самого пылевого диска: давление звёздного излучения превращает каждую из «песчинок» в миниатюрныйсолнечный парус и отталкивает их от красных гигантов.
Таким образом, пыль, играющая ключевую роль в формировании звёздного суперветра, является отдалённым аналогом гигантской песчаной бури, вот только песчинки здесь приводит в движение не ветер, а свет. Суперветер имеет скорость до 10 км/с, что значительно быстрее ураганов Земли или Нептуна. Сегодня солнечный ветер уносит у нашего светила всего миллион тонн массы в секунду. Но плотность суперветра в миллионы раз выше — а значит, и потери массы на позднем этапе эволюции звезды будут огромны.
Разумеется, суперветер не является устойчивым: скорее это серия сильных и длительных порывов, случающихся примерно раз в земной год. Но за 10 000 лет существования такого суперветра наша звезда потеряет из-за него примерно треть массы.
После того как суперветер сорвёт поверхностные слои красного гиганта, в который через миллиарды лет превратится Солнце, на месте светила останется белый гелиевый карлик размером с нашу Землю, окружённый планетарной туманностью…
После срыва суперветром оболочки с Солнца останутся лишь белый карлик и планетарная туманность, такая как Кошачий Глаз, где когда-то была звезда, равная Солнцу по массе. (Изображение Википедии.)
К счастью, человечество, доживи до образования белого карлика на месте Солнца, всё это не затронет: если верить астрономам, через миллиард лет на Земле всё равно нельзя будет жить из-за увеличения светимости нашей звезды («Три стигмата Палмера Элдрича», одним словом), так что паковать вещички придётся куда раньше.
Будущее принадлежит микробам
Последняя форма жизни на Земле падёт через 2,8 млрд лет, сожжённая умирающим Солнцем — красным гигантом. Примерно за миллиард лет до этого единственными живыми существами на планете останутся одноклеточные организмы, прячущиеся в изолированных горячих и солёных водоёмах.
Это мрачный прогноз для жизни на Земле, но луч света для тех, кто ищет жизнь на других планетах. Ведь тем самым возрождается надежда на её обнаружение в таких местах, которые прежде считались негостеприимными.
Джек О’Мэлли-Джеймс из Сент-Эндрюсского университета (Великобритания) и его коллеги на основании того, что нам известно о Земле и Солнце, рассчитали хронологию увядания жизни и попытались экстраполировать данные на другие планетные системы. С учётом, конечно, того, что солнцеподобные звёзды стареют по-разному в зависимости от своих размеров. «Обитаемость — это не столько незыблемая характеристика планеты, сколько нечто вроде того, что имеет собственную хронологию», — отмечает специалист.
Учёные начали с моделирования роста температуры на поверхности Земли в различных широтах, не забывая об изменениях орбиты планеты. Первым делом с её лица исчезнут растения, млекопитающие, рыбы и т. д., затем беспозвоночные. Океаны испарятся, тектоника остановится, ведь не будет смазки для движения плит — воды. Лишь на больших высотах, в пещерах и глубоко под землёй ещё будут оставаться небольшие водоёмы из горячего рассола. Микроорганизмы, приспособленные к таким условиям, будут править Землёй около миллиарда лет. Потом не станет и их.
Экстраполяция на планетные системы звёзд различного размера показала, что на телах, подобных Земле, в первые 3 млрд лет нет ничего, кроме одноклеточных. Сложные формы жизни могут существовать лишь относительно короткий отрезок времени перед началом умирания светила, после чего всё снова возвращается к микроорганизмам. Таким образом, шансы найти сложную жизнь на других планетах весьма невелики.
Но астробиологов это не огорчает. Любой намёк на существование самых примитивных форм станет величайшим прорывом и счастьем. Возможно, те планеты, которые кажутся нам необитаемыми, просто находятся на той стадии, когда на них только зарождается или умирает (но всё ещё есть там) жизнь, и это главное.
Результаты исследования опубликованы на сайте arXiv.org.
