Спросите Итана №111: умирают ли галактики?

https://medium.com/starts-with-a-bang/ask-ethan-111-do-galaxies-die-93d4c702bf3b#.mnhlli3gp
  • Перевод

Даже космический дом нашей Солнечной системы когда-нибудь исчезнет. Но как именно?


Если не попрощаться с любимыми, и если не переехать на совершенно новое место, то можно ждать лишь долгого и постепенного изнашивания, приводящего в итоге к исчезновению.
Жан Дюбюффе

На этой неделе было очень много вопросов и предложений для нашей периодической колонки, и мне даже пришлось просить помощи для принятия решения. И в результате было решено ответить на вопрос Джона Литтла, который просит нас отправиться в далёкое будущее:
Умирают ли галактики? Если да, как это выглядит?

Начнём с изучения нашего дома, Млечного пути, и его соседей.

image

Принято считать, что местная группа галактик (мы и наши космические соседи) состоит из нас, Андромеды (нашей старшей сестры) и кучки неизвестных. Пришло время познакомиться с ними. В частности:



№3: галактика Треугольника. Её масса составляет примерно 5% от Млечного пути, и она третья в списке крупнейших галактик нашей местной группы. У неё спиральная структура, имеются свои спутники, и она сама может быть спутником Андромеды.



№4: большое Магелланово облако. Её масса не превышает 1% от Млечного пути, но она четвёртая в списке крупнейших. Она очень близка к Млечному пути – не более 200 000 световых лет, и в ней происходит взрывное по своей активности звёздообразование. Гравитационные приливные силы нашей Галактики заставляют газ сжиматься, и рождать самые новые, горячие и большие звёзды во Вселенной.







№5-7: малое Магелланово облако, NGC 3190 и NGC 6822. Их массы находятся в пределах от 0,1% до 0,6% от Млечного пути, кто крупнее – неясно, но эти галактики тоже достаточно крупные – в каждой материи наберётся на миллиард солнечных масс.



№8 и 9: Эллиптические галактики M32 и M110. Они могут быть «всего лишь» спутниками Андромеды, но в каждой из них по миллиарду звёзд, и они могут оказаться более массивными, чем упомянутые № 5, 6 и 7.

И кроме них есть ещё не менее 45 известных, более мелких галактик, составляющих нашу местную группу. Несмотря на огромное их количество, массы и размеры, ни одна из них не сохранится в сегодняшнем виде через несколько миллиардов лет.



Со временем галактики взаимодействуют посредством гравитации. Это не только стягивает их вместе через притяжение, но и влияет на них через приливные силы. Для нас приливы – это то, что создаёт Луна, притягивая океаны Земли, в результате чего образуется выпуклость, которая и даёт эффект прилива, когда через неё проходит часть планеты.

Но с точки зрения галактики приливы не такие явные. Часть небольшой галактики, находящаяся близко к большой, будет притягиваться с большей силой, а удалённая её часть – с меньшей. В результате, небольшие галактики растягиваются и в итоге разрываются через их взаимодействие с большими.



Небольшие галактики, входящие в местную группу, включая оба Магеллановых облака и все карликовые эллиптические галактики, именно так и будут разорваны, а их материя будет включена в более крупные галактики, с которыми они объединятся.

Ну и что, скажете вы. Это же не настоящая смерть, поскольку большие галактики вроде Млечного пути всё переживут. Но и мы не сможем вечно находиться в таком состоянии. Через 4 миллиарда лет гравитационное притяжение Млечного пути и Андромеды затянет нас в совместный гравитационный танец, ведущий к слиянию. И хотя процесс займёт миллиарды лет, спиральная структура обеих галактик будет уничтожена, и в результате появится одна гигантская эллиптическая галактика в центре нашей группы: Милкдромеда.



В результате другие галактики нашей местной группы тоже засосёт, и останется одна гигантская галактика, состоящая из всех поглощённых. Такой процесс рано или поздно произойдёт во всех связанных группах и кластерах галактик по всей Вселенной, а тёмная энергия будет растаскивать группы и кластеры дальше друг от друга.

Но и это не смерть, ведь всё равно галактика останется. Но галактика состоит из звёзд, пыли и газа, и количество всего этого конечно.



И хотя объединения займут десятки миллиардов лет, а тёмная энергия будет отдалять их друг от друга по Вселенной на расстояния, приводящие к невидимости и недоступности, на временных промежутках, измеряемых сотнями миллиардов лет, звёзды продолжат жить. Самые долгоживущие сегодняшние звёзды будут жечь своё топливо более десяти триллионов лет, а из газа, пыли и звёздных останков, заполняющих галактики, будут рождаться новые звёзды – хотя всё в меньших количествах и всё реже.



И когда последние звёзды выгорят, их останки – белые карлики и нейтронные звёзды – будут продолжать светить сотни триллионов или даже квадриллионы лет, пока не потемнеют. И когда и это неизбежно произойдёт, останутся коричневые карлики, недозвёзды, иногда объединяющиеся вместе, запускающие ядерный синтез и создающие звёздный свет ещё десятки триллионов лет.



И когда отгорит последняя звезда, через десятки квадриллионов лет (1016), в галактике всё ещё останется масса. И даже это нельзя будет считать настоящей смертью.



Но даже в темноте галактика не будет существовать вечно! Все эти массы будут гравитационно взаимодействовать друг с другом, а гравитационные объекты разных масс ведут себя при этом странно:
• Повторяющиеся пролёты и близкие встречи приводят к обменам скоростями и импульсами.
• Объекты меньшей массы вышвыриваются из галактики, а большей – тонут по направлению к центру и теряют скорость в процессе «принудительной релаксации» [violent relaxation].
• За достаточно длительный промежуток времени, от 1019 до 1020 лет, большая часть массы будет выброшена из галактики, и только небольшой процент оставшейся массы свяжется ещё сильнее.



В самом центре остатков галактики будет находиться сверхмассивная чёрная дыра. И этот объект станет последним из существующих, сначала увеличившись до максимально возможного размера, поедая всё, до чего сумеет дотянуться. В центре Милкдромеды мы обнаружим объект в сотни миллионов раз более массивный, чем Солнце; у более крупных групп и кластеров чёрные дыры будут иметь массы, превышающие десятки миллиардов солнечных масс или даже больше!

Но и они не будут жить вечно.



Из-за излучения Хокинга и эти объекты распадутся. Это займёт от 1080 до 10100 лет, в зависимости от их массы, но всё равно они исчезнут.

И неважно, как вы определяете галактику или её останки, все они однозначно погибнут. А как и когда именно – точный ответ на этот вопрос остаётся за вами!
Поделиться публикацией
Никаких подозрительных скриптов, только релевантные баннеры. Не релевантные? Пиши на: adv@tmtm.ru с темой «Полундра»

Зачем оно вам?
Реклама
Комментарии 18
  • 0
    Какой же этот Итан фаталист, чуть ли не каждый второй ответ доводит до тепловой смерти Вселенной, уничтожению всего и вся, бренности и тлену, как робот под копирку =)
    Какая-то прямо навязчивая идея у человека.
    • +2
      Какая-то прямо навязчивая идея у человека

      А разве тепловая смерть Вселенной это не основная научная теория будущего? При чем тут фатализм, если это основная научная теория, как бы нам не хотелось чтобы жизнь во Вселенной имела смысл.

      P.S. К тому же, у Итана почти все ответы это пересказ одной и той же теории от Большого Взрыва до тепловой смерти Вселенной разными словами. ИМХО
      • 0
        Почему навязчивая-то? Очень даже в духе адекватного восприятия реальности и научного реализма. Вот так вот всё. Бессмысленно, долго, слепо и печально…
      • +1
        Интересно, при слиянии Млечного Пути и галактики Андромеды, чёрные дыры в центре ведь тоже сольются… Сильно ли галактику накроет гравитационной волной? ) А то одно дело — слияние небольших чёрных дыр, да в миллиарде световых лет, так что это и детектировать непросто, а вот слияние сверхмассивных в каких-то десяти тысячах…
        • –1

          Я со своими поверхностными познаниями в астрофизике, думаю что не будет никакой Милкомеды. Вся эта красота разлетится когда две черные дыры в центрах галактик наконец сольются. Мне кажется взрыв будет нереальной силы. Интересно есть ли научные модели такого слияния и прогноз выживаемости нашей супергалактики.

          • +1
            Чёрные дыры центров галактик всё же достаточно малы. А это значит, что для слияния они должны точно попасть друг в друга, что невероятно. Скорее всего их взаимный момент будет очень велик, а для слияния этот момент необходимо будет сбросить.

            Главный механизм потери момента — приливное трение. Сложно без моделирования оценить время, за которое произойдёт такое торможение.

            Ну а в отсутствии вещества постепенное сближение орбит ЧД будет происходить только за счёт излучения гравитационных волн. При больших (межзвёздных) расстояниях оно крайне слабое, а значит ЧД будут падать друг на друга очень долго.

            В любом случае, мне кажется, пара центральных ЧД в Милкдромеде будет существовать продолжительное время.
          • 0
            Непонятно. При излучении Хоккинга, насколько я понимаю, испускаются частицы с энергией. Они же тоже могут собираться в скопления, образовывать новые галактики.
            • 0
              В тот момент пространство расширяется настолько что плотность частиц будет мизерной, паре частиц на кубический км несколько сложно будет организовать новые галактики. И чем дальше, тем плотность будет меньше.
              • 0
                Основная масса излучения Хокинга — не протоны (с электронами), а фотоны и нейтрино, которые ни во что не комкуются. Но даже к немногочисленным протонам прилагается такое же количество антипротонов, что при образовании гравитирующих структур, опять-таки, превратится в те же фотоны.

                Хотя общая разреженность победит любую гравитацию, как было правильно замечено.
                • 0
                  Фотоны испускаются, от аннигилировавших частиц (виртуальных, из разных пар разделенных горизонтом событий).
                • 0
                  Я так понял, что вариант с Большим Разрывом Итан даже не рассматривает. Интересно было бы узнать его аргументы против этого.
                  • 0
                    Интересно, что происходит в момент, когда черная дыра испаряясь, перестает быть черной дырой? Может быть, Большой Взрыв?
                    • –1
                      Квантовый единственный целостный логичный Мир бесконечен, а потому и вечен. Видимая Вселенная есть лишь бесконечно малая часть от всей материи Мира. Так что нарисованная картина смерти вселенной вряд ли реализуется по причине того, что Вселенная далеко не единственна и рано или поздно ей придется войти взаимодействие с другими частями бесконечного Мира.

                      Земная цивилизация может существовать и развиваться гармонично и вечно и в пределе развития достигнуть VII этапа развития по шкале Кардашёва: Самая сложная сущность Мира — Предел развития всех цивилизаций в Мире — Идеальная разумная осознающая сущность.

                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.