Сверхновая – мощное событие. На короткое время звезда сияет так же ярко, как галактика, разрываясь на части в последней отчаянной попытке бороться с гравитацией. Хотя сверхновые воспринимаются как редкие и удивительные события, они довольно распространены. Основываясь на наблюдениях за изотопами в нашей галактике, известно, что около двадцати сверхновых возникает в Млечном Пути каждые тысячу лет. Эти яркие космические вспышки наполняют Вселенную тяжелыми элементами, а остатки их пыли составляют почти все, что мы видим вокруг. Но сверхновые не будут появляться вечно. В какой-то момент в далеком будущем Вселенная увидит последнюю сверхновую.
Когда возникнет последняя сверхновая, это тема нового исследования. Используя то, что известно об астрофизике, оно определяет, когда произойдет последнее подобное «интересное» астрофизическое событие. Сверхновые в том виде, в каком мы их видим сегодня, вызваны массивными звездами. Поскольку не весь звездный материал выбрасывается сверхновой, количество потенциальных звезд-гигантов уменьшается с каждым поколением. В течение следующих 100 миллиардов лет крупные звезды перестанут формироваться, и закончится эра сверхновых.
Но звезды меньшего размера, такие как красные карлики, все равно будут гореть. Они могут продолжать сиять триллионы лет, но даже они исчерпают свое топливо примерно за 10^(14) лет. К тому времени останутся только остатки ядер мертвых звезд, коллапсировавших в белые карлики, нейтронные звезды или черные дыры, в зависимости от их массы. Остатки с массой более двух солнечных коллапсируют в черные дыры. Звезды с массой от 1,4 до 2,2 солнечных станут нейтронными звездами, а остальные станут белыми карликами.
Черные дыры и нейтронные звезды эффективно стабильны. Черные дыры – это материя, сжатая до предела, а нейтронные звезды удерживаются от сжатия гравитацией за счет сильного силового взаимодействия между нуклонами. Но с белыми карликами дело обстоит иначе.
Белый карлик удерживается против силы тяжести давлением вырождения электронов. В 1930-х годах Субраманьян Чандрасекар () рассчитал, что их верхний предел массы составляет 1,4 массы Солнца, и решил, что любой остаток меньшего размера будет постепенно охлаждаться и превратиться в черный карлик. Но теперь известно, что все не так просто. Более тяжелые элементы внутри белого карлика утонут, образуя ядро из кислорода, неона и магния. По мере того, как белый карлик остывает в черный карлик, атомы в ядре будут сближаться.
В конце концов, они будут достаточно близки, чтобы могло произойти необычное слияние. Нормальное слияние происходит при очень высоких температурах. Ядра сталкиваются так близко друг к другу, что появляется возможность квантового перехода, чтобы сливаться в более тяжелые элементы. Минимального расстояния для квантового туннелирования не существует; просто оно крайне редко на больших расстояниях. Но в сердце черного карлика это происходит. Через некоторое время элементы в ядре сплавятся в железо.
Предполагается, что это преобразование займет около 10^(1100) лет. Когда ядро черного карлика становится плотным железом, оно может достичь критической точки. Для черных карликов с массой от 1,2 до 1,4 солнечной массы железное ядро станет настолько плотным, что электронное вырождение не сможет предотвратить гравитационный коллапс. Ядро взорвется и как бы отрикошетит, создав взрыв сверхновой. Первыми взорвутся самые большие черные карлики, а за ними – все более светлые черные карлики. В конце концов, некий черный карлик, немного более массивный, чем наше Солнце, станет последней сверхновой в истории, примерно через 10^(32000) лет в будущем.
Это будет последняя вспышка света в холодном, темном и мертвом космосе.
