Книга Конец всего. 5 сценариев гибели Вселенной с точки зрения астрофизики - Кэти Мак

И те другие существа, как и мы, могут прийти к тому же самому заключению: Вселенная не является статичной, она когда-то возникла и неизбежно должна однажды исчезнуть.

Глава 3. Большое сжатие

Предлагаю начать с конца света. Покончим с ним и перейдем к более интересному.

Н. К. Джемисин, «Пятое время года»

В темную безлунную осеннюю ночь, находясь в Северном полушарии, посмотрите вверх и найдите на небе созвездие Кассиопея в виде буквы W. Вглядитесь в пространство под ним, и, если небо будет достаточно темным, вы увидите тусклое размытое пятно, ширина которого примерно соответствует диаметру полной луны. Это галактика Андромеды, огромный спиральный диск с триллионом звезд и сверхмассивной черной дырой в центре, который несется нам навстречу со скоростью 110 километров в секунду.

Примерно через четыре миллиарда лет галактика Андромеды и наша галактика Млечный Путь столкнутся, устроив потрясающее световое шоу. Звезды будут сходить со своих орбит, образуя звездные потоки, простирающиеся сквозь космос изящными дугами. Внезапное столкновение галактического водорода приведет к рождению новых звезд. Газ воспламенится вокруг спящих в центре галактик сверхмассивных черных дыр, которые начнут постепенно сближаться друг с другом, пока не сольются воедино. Струи интенсивного излучения и частиц высоких энергий будут пронзать хаотический клубок газа и звезд, а в центральной области новой галактики «Млечномеда» образуется испускающий рентгеновское излучение водоворот обреченной материи, падающей в новую, еще более массивную черную дыру.

Даже в самый разгар этой галактической катастрофы лобовые столкновения между звездами маловероятны из-за огромных расстояний между ними. Солнечная система в целом, скорее всего, выживет. Чего нельзя сказать о Земле. К тому моменту Солнце уже перейдет в стадию красного гиганта, в результате чего температура Земли увеличится настолько, что океаны полностью испарятся, и жизнь на ее поверхности станет невозможной. Однако, если человечеству удастся найти пристанище в другой части Солнечной системы, то на протяжении нескольких миллиардов лет люди смогут любоваться впечатляющим зрелищем, наблюдая за процессом объединения двух огромных спиральных галактик. Когда струи частиц иссякнут и отбушуют взрывы сверхновых, получившаяся в результате объединения галактик масса будет представлять собой гигантское эллипсоидное скопление старых и умирающих звезд.

Каким бы катастрофическим ни казалось слияние галактик его непосредственным участникам, оно представляет собой вполне обычное космическое явление и довольно завораживающее, если наблюдать его с огромного расстояния. Большие галактики разрывают на части и поглощают более мелкие; соседние звездные системы сливаются друг с другом. Существуют свидетельства того, что наш Млечный Путь поглотил десятки своих более мелких соседей, – мы до сих пор можем видеть гигантские звездные хвосты, закручивающиеся вокруг диска нашей галактики, словно обломки, оставшиеся после межзвездной автомобильной катастрофы.

Однако в масштабе Вселенной подобные столкновения становятся все более редким явлением. Вселенная расширяется, – пространство, то есть расстояние между объектами, а не сами объекты, увеличивается. Это означает, что отдельные галактики и группы галактик в среднем все сильнее удаляются друг от друга. Внутри самой группы и скопления слияния по-прежнему могут иметь место. В непосредственной близости от нас находятся звездные системы, объединенные в группу с невыразительным названием «Местная группа галактик», представляющую собой разношерстную компанию небольших и неправильных галактик, на фоне которых выделяются две гигантские спирали, и всем им рано или поздно суждено слиться воедино. Однако объекты, находящиеся на больших расстояниях, порядка нескольких десятков миллионов световых лет, судя по всему, удаляются от нас.

В долгосрочной перспективе главный вопрос следующий: будет ли это расширение продолжаться бесконечно или оно когда-то закончится и обратится вспять? Откуда мы вообще знаем, что расширение имеет место?

Когда вы находитесь во Вселенной, которая расширяется равномерно во всех направлениях, вы наблюдаете не расширение как таковое, а скорее удаление всех объектов от вас. С Земли видно, как далекие галактики разбегаются от нас, будто мы их каким-то образом отталкиваем. Однако если бы мы внезапно оказались в галактике за миллиард световых лет отсюда, мы и там увидели бы, как Млечный Путь и все остальные объекты, находящиеся за пределами некоторой области, удаляются от нас. Этот феномен является несколько контринтуитивным следствием равномерного и повсеместного расширения пространства.

Таким образом, каждая точка во Вселенной – это центр мощного равномерного отталкивания. Технически Вселенная не имеет центра. Однако каждый из нас является центром собственной наблюдаемой Вселенной[27]. И с нашей точки зрения, все галактики, находящиеся за пределами нашей группы, удаляются от нас с максимально возможной скоростью. Но дело не в нас; дело в космологии.

Обнаружить космическое расширение было не так легко, как может показаться. Несмотря на то что галактики начали наблюдать в телескопы уже в 1700-х годах, из-за их огромной удаленности и чудовищно медленного (по человеческим меркам) движения людям потребовалось более двух веков для того, чтобы выяснить, как они движутся относительно нас и являются ли они вообще галактиками. Даже самые мощные современные телескопы не позволяют наблюдать их движение напрямую – галактики не кажутся удаляющимися от нас, когда мы на них смотрим. Однако мы можем обнаружить это, проанализировав такое, на первый взгляд, не имеющее отношения к делу свойство галактик, как цвет их свечения.

Если вы когда-либо замечали, как меняется звук проезжающей мимо гоночной машины или обращали внимание на изменение тона сирены при ее приближении и удалении, то вы уже знакомы с эффектом Доплера. Доплеровское смещение – это явление, при котором звук становится более высоким по мере приближения издающего его объекта и более низким по мере его удаления. Это связано с изменением частоты воспринимаемого звука вследствие сокращения и увеличения длины звуковой волны. В конце концов, частота зависит от скорости, с которой волны достигают вас. В случае со звуком это волны давления, и более высокая частота характеризуется более высоким звуком.