เศษซากของดวงดาวที่ตายไปแล้วจับสสารมืด ชนกัน แยกย้ายกันไปในอวกาศ และในที่สุดก็สลายไปจนหมดสิ้น

ทศวรรษจักรวาลวิทยาที่สิบห้า ที่ไหนสักแห่งใกล้พื้นผิวดาวแคระขาว:

มิแรนดาพิงหน้าต่างด้านข้างของยานอวกาศเพื่อมองดูโลกของเธอเป็นครั้งสุดท้าย เมื่อการเตรียมการสำหรับการปล่อยเรือเริ่มต้นขึ้น เธอรู้สึกทั้งเศร้าและตื่นเต้นเมื่อมีโอกาสออกจากอารยธรรมที่จัดตั้งขึ้นนี้และพยายามหาสถานที่ใหม่เพื่อสร้างอาณานิคม แท่นโลหะทรงกลมที่ยื่นออกไปด้านล่างนั้นแบนมากจนความโค้งของพื้นผิวยังคงแทบแยกไม่ออก โครงสร้างอันกว้างใหญ่นี้ซึ่งมีเมืองที่มีแสงสลัวและภูมิทัศน์ที่ประดิษฐ์ขึ้น เป็นที่พำนักสำหรับบรรพบุรุษของเธอมาหลายชั่วอายุคน

พื้นผิวโลหะที่อาณานิคมตั้งรกรากอยู่เกือบทั้งหมดล้อมรอบดาวแคระขาวที่ตกผลึก การออกแบบนี้ได้รับการออกแบบด้วยความแม่นยำที่สมบูรณ์แบบ ซึ่งทำให้สามารถจับพลังงานรังสีขนาดเล็กที่ส่วนที่เหลือของดาวฤกษ์ที่ตายไปนานนี้ยังคงสร้างอยู่ ด้วยกระบวนการทางธรรมชาติของการดักจับและทำลายสสารมืด ดาวแคระขาวได้ผลิตพลังงานเพียงพอที่จะสนับสนุนประชากรพันล้านคน ตอนนี้จำนวนประชากรเพิ่มขึ้น ความต้องการทรัพยากรก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ได้เวลาหาบ้านใหม่แล้ว

ในความคิด มิแรนดาจินตนาการว่าอดีตอันไกลโพ้นจะเป็นอย่างไร ซึ่งดาวอายุน้อยที่สว่างไสวนั้นเกิดจากเมฆไฮโดรเจนจำนวนมาก ท้องฟ้าที่ส่องสว่างด้วยดวงดาวนับพันล้านดวงแตกต่างกันเพียงใดในทุกดาราจักร แต่จักรวาลที่สูญเปล่าในอดีตนี้ได้ตายไปนานแล้ว คนที่มีชีวิตอยู่เพียงไม่กี่ร้อยปีสามารถเข้าใจช่วงเวลาได้อย่างเต็มที่เท่ากับล้านล้านปีได้อย่างไร? ขณะที่เธอหลับตาขณะไตร่ตรองปริศนานี้ ยานอวกาศก็ค่อยๆ ยกขึ้นจากพื้นผิว

ในขณะเดียวกัน ภายใต้พื้นผิวของดาวแคระขาว เหตุการณ์ที่ดูเหมือนไม่มีอันตรายซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งกำลังเกิดขึ้น สิ่งมีชีวิตที่มีเลือดอุ่นที่อาศัยอยู่บนพื้นผิวที่ช้าและมองไม่เห็น โมเลกุลขนาดใหญ่ในระหว่างปฏิกิริยาเคมีค่อยๆ รวมตัวกันเป็นสายโซ่ที่ยาวกว่า ความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นนี้เกิดจากการระเบิดแบบสุ่มของรังสีพลังงานสูงที่ไหลออกมาจากด้านในของดาวฤกษ์ ในขณะที่มิแรนดาและเผ่าพันธุ์ของเธอยังคงดำรงอยู่ในจักรวาลที่ไม่เอื้ออำนวยมากขึ้นเรื่อยๆ การสังเคราะห์โครงสร้างสำหรับชีววิทยารูปแบบใหม่ได้เริ่มต้นขึ้นเป็นครั้งแรก

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อดวงดาวหยุดส่องแสง? ในอีก 100 ล้านล้านปี ดวงดาวรุ่นสุดท้ายจะถูกบีบออกจากกลุ่มเมฆระหว่างดวงดาวที่หมดสิ้นลง และแม้แต่วิวัฒนาการของดาวแคระแดงที่ยังมีชีวิตอยู่สองสามดวงก็จะค่อยๆ ยุติลง ทันทีที่วัฏจักรไดนามิกของการกำเนิดและการตายของดวงดาวกลายเป็นเพียงความทรงจำ จักรวาลจะเปลี่ยนอารมณ์ เติมเต็มเนื้อหา และวิวัฒนาการต่อไป

เมื่อจักรวาลเข้ามา ยุคแห่งความเสื่อมการเปลี่ยนแปลงค่อนข้างชัดเจน ดาวธรรมดาที่มีอยู่โดยการเผาไหม้ไฮโดรเจนได้กลายเป็นเศษของดาวฤกษ์: ดาวแคระน้ำตาล ดาวแคระขาว ดาวนิวตรอน และหลุมดำ และแม้ว่าวัตถุเหล่านี้อาจดูเยือกเย็นและน่าสังเวช แต่ก็จะเป็นที่มาของการกระทำและความตื่นเต้นในจักรวาล นาฬิกาที่วัดความเร็วของเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นจะช้ากว่ามาก เหตุการณ์ทางดาราศาสตร์เริ่มเกิดขึ้นเนื่องจากข้อจำกัดด้านเวลาที่รุนแรง ไม่เคยเกิดขึ้นในจักรวาลสมัยใหม่

ทำความรู้จักเศษดาวที่เสื่อมโทรม

มวลของเศษซากของดวงดาวทำหน้าที่เป็น "ที่ซ่อน" ชนิดหนึ่งสำหรับยุคแห่งการสลายตัว เราได้พบกับวัตถุที่เสื่อมโทรมนี้ในบทที่แล้ว ตลอดการรวบรวมเศษซากของดาวฤกษ์นี้ วิวัฒนาการของดาวในช่วงหลายล้านล้านปีได้ส่งผลให้เกิดการแบ่งประเภททั่วไปสี่ประเภท ได้แก่ ดาวแคระน้ำตาล ดาวแคระขาว ดาวนิวตรอน และหลุมดำ (ดูรูปที่ 13) อย่างไรก็ตาม เพื่อความสมบูรณ์ เราต้องไม่ลืมเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของตัวเลือกที่ห้า เมื่อความไม่เสถียรเกิดขึ้นในดาวฤกษ์ธรรมดาที่มีมวลมากเพียงพอ การระเบิดของซุปเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นในบางครั้งอาจทรงพลังมากจนสสารของดาวทั้งหมดกระจัดกระจายไปในอวกาศ กล่าวอีกนัยหนึ่ง จะไม่เหลืออะไรแล้ว. ผลลัพธ์นี้เป็นชัยชนะที่รวดเร็วและเด็ดขาดสำหรับอุณหพลศาสตร์ในการต่อสู้กับแรงโน้มถ่วง ในอีกสี่กรณี แรงโน้มถ่วงไม่ยอมแพ้ง่ายๆ

ข้าว. 13. แผนภาพด้านซ้ายแสดงจำนวนสัมพัทธ์ของดาวฤกษ์ที่เกิดในช่วงมวลต่างๆ ส่วนที่ใหญ่ที่สุดสงวนไว้สำหรับดาวแคระน้ำตาลซึ่งมีมวลอยู่ในช่วง 0.01 ถึง 0.08 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ส่วนขนาดใหญ่อีกส่วนหนึ่งสงวนไว้สำหรับดาวแคระแดงซึ่งมีมวลอยู่ระหว่าง 0.08 ถึง 0.43 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ส่วนขนาดใหญ่ถัดไปประกอบด้วยดาวฤกษ์ที่มีน้ำหนักเฉลี่ยตั้งแต่ 0.43 ถึง 1.2 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ดาวมวลมากตกอยู่ในช่วง 1.2 ถึง 8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ และส่วนที่เล็กที่สุดสำหรับดาวหนักที่มีมวลมากกว่าแปดเท่าดวงอาทิตย์ . แผนภาพด้านขวาแสดงการกระจายตัวของเศษดาว - วัตถุที่หลงเหลือหลังจากการวิวัฒนาการของดาวเสร็จสิ้น ดาวแคระน้ำตาลยังคงเป็นดาวแคระน้ำตาล แต่ดาวส่วนใหญ่ (น้อยกว่า 8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์) จะสิ้นสุดชีวิตเป็นดาวแคระขาว และดาวฤกษ์เพียงส่วนเล็ก ๆ ที่มีมวลเกินกว่าแปดมวลดวงอาทิตย์เท่านั้นที่สามารถกลายเป็นหลุมดำและดาวนิวตรอนได้ ขนาดของส่วนที่สงวนไว้สำหรับหลุมดำและดาวนิวตรอนนั้นเกินจริงเพื่อความชัดเจน

ดังนั้นดาวแคระขาวจึงเป็นดาวฤกษ์ขนาดเล็ก แต่มีความหนาแน่นมหาศาล ซึ่งสูงกว่าความหนาแน่นของตะกั่วหลายพันเท่า ดาวพิเศษเหล่านี้เป็นผลมาจากดาวฤกษ์ธรรมดา เช่น ดวงอาทิตย์ ที่ซึ่งนิวเคลียร์ฟิวชันยุติลง และหลังจากระยะสุดท้ายที่น่าหนักใจกว่าที่ดาวฤกษ์เติบโตและหดตัวบ้าง มันก็จะปล่อยสสารชั้นนอกส่วนใหญ่ออกสู่อวกาศ เหลือเพียง แกนบีบอัดแทนที่ . ดังนั้นดาวแคระขาวจึงถือกำเนิดขึ้นจากการตายของดาวฤกษ์ที่มีมวล 0.8 ถึง 8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์

ดาวแคระน้ำตาล

ดาวแคระน้ำตาลมีขนาดใหญ่กว่าดาวเคราะห์แต่มีขนาดเล็กกว่าดาวฤกษ์ทั่วไป และเป็นเศษซากที่เสื่อมโทรมที่เบาที่สุด ดาวเหล่านี้เป็นดาวที่ล้มเหลว - ในแง่ที่ว่าการเผาไหม้นิวเคลียร์ของไฮโดรเจนไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในส่วนลึกของพวกมัน พวกเขาไม่สามารถเข้าถึงแหล่งพลังงานดาวฤกษ์ตามปกติอันเป็นผลมาจากการที่ตั้งแต่เกิดและต่อจากนี้ไปพวกเขาถูกกำหนดให้มีชีวิตที่เยือกเย็นและหดตัว

มีเหตุผลทางกายภาพหลายประการที่ทำให้ดาวแคระน้ำตาลไม่สามารถกลายเป็นดาวได้ สิ่งที่สำคัญที่สุดคืออัตราการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างมาก อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อยภายในดาวฤกษ์ทำให้เกิดคลื่นพลังงานมหาศาลที่เกิดขึ้นในกระบวนการหลอมไฮโดรเจน เป็นผลให้อุณหภูมิที่เกิดไฮโดรเจนฟิวชันในดาวฤกษ์จะอยู่ที่เกือบสิบล้านเคลวินเสมอ (เมื่อแกนกลางของดาวร้อนขึ้น การเพิ่มขึ้นของพลังงานส่วนเกินจะทำให้ดาวขยายตัวและเย็นลง) นอกจากนี้ เนื่องจากอุณหภูมิยังคงอยู่ที่สิบล้านองศาอย่างต่อเนื่อง เมื่อมวลของดาวลดลง ความหนาแน่นภายในของดาวก็จะเพิ่มขึ้น ดาวฤกษ์ขนาดเล็กต้องหดตัวมากขึ้นเพื่อให้มีอุณหภูมิศูนย์กลางที่สิบล้านองศา ทำให้มีความหนาแน่นมากกว่าดาวมวลสูงมาก ฟางเส้นสุดท้ายคือแรงดันที่เกิดจากวัสดุที่เสื่อมสภาพจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตามความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้น นั่นคือถ้าคุณพยายามบีบอัดชิ้นส่วนของสารที่เสื่อมสภาพ มันจะแข็งมากและจะต้านทานการอัดได้

หากเราเชื่อมโยงปรากฏการณ์ข้างต้นทั้งหมดเข้าด้วยกัน จะเข้าใจได้ชัดเจนว่าเหตุใดดาวฤกษ์จึงต้องมีมวลเกินกว่าค่าขั้นต่ำที่แน่นอนในการเผาไฮโดรเจน ทันทีที่มวลของดาวฤกษ์ลดลง ความหนาแน่นของบริเวณภายในของดาวก็จะเพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม หากความหนาแน่นนี้สูงเกินไป ความดันของก๊าซที่เสื่อมสภาพจะครอบงำความดันความร้อนตามปกติและค้ำจุนดาวฤกษ์จนกว่าอุณหภูมิจะสูงถึงสิบล้านองศาตามที่กำหนด ดังนั้นการเกิดแรงดันแก๊สที่เสื่อมลงจะสร้างอุณหภูมิสูงสุดของจุดศูนย์กลาง ซึ่งดาวฤกษ์ที่มีมวลที่กำหนดสามารถเข้าถึงได้ อุณหภูมิสูงสุดของจุดศูนย์กลางของดาวฤกษ์ที่มีขนาดเล็กเพียงพอไม่ถึงสิบล้านองศา ซึ่งเป็นค่าที่เกิดการเผาไหม้ไฮโดรเจน หากวัตถุที่ต้องการจะกลายเป็นดาวฤกษ์มีมวลต่ำเกินไป จะไม่สามารถเผาไหม้ไฮโดรเจนได้ ดังนั้นจะไม่มีวันกลายเป็นดาวฤกษ์จริง

ดาวฤกษ์ที่เล็กที่สุดที่สามารถรองรับปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันมีมวลประมาณแปดเปอร์เซ็นต์ของมวลดวงอาทิตย์ วัตถุดาวฤกษ์ที่อยู่ต่ำกว่ามวลต่ำสุดนี้คือดาวแคระน้ำตาล ขนาดรัศมีของดาวแคระน้ำตาลมีขนาดประมาณดาวขนาดเล็กธรรมดา - หนึ่งในสิบของขนาดของดวงอาทิตย์ หรือประมาณสิบขนาดของโลก ลักษณะสำคัญขั้นสุดท้ายของดาวแคระน้ำตาลคือองค์ประกอบทางเคมีของดาวแคระน้ำตาล โดยอาศัยการไม่ทำอะไรเลย คนเกียจคร้านครึ่งดาวเหล่านี้ยังคงรักษาองค์ประกอบที่มีอยู่มากมายไว้เกือบทั้งหมดโดยกำเนิด ดังนั้นจึงประกอบด้วยไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบดาวแคระน้ำตาลมากขึ้นเรื่อยๆ และที่จริงแล้ว นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามีพวกมันค่อนข้างมากในจักรวาล ดาราจักรขนาดเท่าทางช้างเผือกน่าจะมีดาวแคระน้ำตาลหลายพันล้านดวง และถึงแม้ดาวแคระน้ำตาลจะยังไม่ส่งผลกระทบต่อจักรวาลมากนัก แต่ดาวที่ล้มเหลวเหล่านี้จะปรากฏตัวขึ้นเมื่อเอกภพมีอายุมากขึ้น ในยุคของการสลายตัว มันอยู่ในดาวแคระน้ำตาลที่ไฮโดรเจนที่ยังไม่เผาไหม้ส่วนใหญ่จะถูกกักเก็บไว้ ซึ่งเมื่อถึงเวลานั้นจะยังคงอยู่ในจักรวาล

ดาวแคระขาว

ดาวจำนวนมาก รวมทั้งดวงอาทิตย์ของเรา กลายเป็นดาวแคระขาวเมื่อสิ้นอายุขัย แม้ว่าดาวสลัวที่มีมวลเท่ากับแปดมวลดวงอาทิตย์จะเบากว่าดาวร้อนที่มีมวลแปดเท่าดวงอาทิตย์ร้อยเท่าซึ่งเปล่งแสงออกมาเท่ากับแสงของดวงอาทิตย์สามพันดวง แต่ทั้งสองดวงก็ถูกลิขิตให้ไป เปลี่ยนเป็นสีขาวเมื่อสิ้นสุดวิวัฒนาการ คนแคระ เมื่อหมดยุคของดวงดาว ดาราจักรของเราจะมีดาวแคระขาวเกือบหนึ่งล้านล้านดวงและดาวแคระน้ำตาลจำนวนเท่ากัน ดาวแคระขาวแต่ละดวงมีมวลมากกว่ามาก ดังนั้นพวกมันจะมีส่วนที่ใหญ่ที่สุดของสสารแบริออนธรรมดาของจักรวาล

ค่าเฉลี่ยของช่วงมวลของดาวแคระขาวมีค่าน้อยกว่ามวลดวงอาทิตย์เล็กน้อย ดาวฤกษ์ต้นกำเนิดที่เล็กที่สุดสูญเสียมวลเพียงเล็กน้อยในขณะที่วิวัฒนาการและกลายเป็นดาวแคระขาว ดาวแคระแดงขนาดเล็กในระยะสุดท้ายของวิวัฒนาการกลายเป็นดาวแคระขาวที่มีมวลเกือบเท่ากัน ดาวฤกษ์อย่างดวงอาทิตย์ซึ่งถูกลิขิตให้โตเป็นดาวยักษ์แดง สูญเสียมวลส่วนเดิมไปในสัดส่วนที่มากกว่ามาก ดวงอาทิตย์จะทำให้เกิดดาวแคระขาวที่มีมวลเท่ากับ 0.6 ดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์ที่ใหญ่กว่าซึ่งกลายเป็นดาวแคระขาวกลับสูญเสียมวลส่วนใหญ่ของพวกมันไป ตัวอย่างเช่น ดาวฤกษ์ที่มีมวลแปดเท่ามวลดวงอาทิตย์เมื่อสิ้นอายุขัยจะกลายเป็นดาวแคระขาวที่มีมวล 1.4 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ มวลที่เหลือจะถูกลมดาวพัดพาไปเมื่อดาวอยู่ในระยะดาวยักษ์แดง วัตถุที่เป็นตัวเอกนี้จะกลับสู่สสารระหว่างดาว ซึ่งจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่

ดาวแคระขาวที่เราเห็นบนท้องฟ้าในปัจจุบันอยู่ในช่วงครึ่งบนของช่วงมวลที่เป็นไปได้สำหรับดาวเหล่านี้ เนื่องจากเอกภพยังอายุน้อยและมีเนื้อหาเกี่ยวกับดาวฤกษ์ มีเพียงดาวฤกษ์ที่มีมวลมากกว่า 0.8 เท่าของมวลดวงอาทิตย์เท่านั้นที่ตายได้ มีดาวฤกษ์ที่เล็กกว่าอีกหลายดวงและมีอายุยืนยาวกว่ามาก ดาวฤกษ์ที่เล็กที่สุด (ซึ่งมีมวลใกล้ต่ำสุดเท่ากับ 0.08 เท่าของมวลดวงอาทิตย์) เพิ่งเริ่มวิวัฒนาการของพวกมัน อย่างไรก็ตาม ในอนาคตอันไกลโพ้น แม้แต่ดาวเหล่านี้ก็ยังมอดไหม้และกลายเป็นดาวแคระขาว ในช่วงเริ่มต้นของยุคการสลายตัว ดาวแคระขาวที่พบบ่อยที่สุดจะมีมวลค่อนข้างน้อย

ดาวแคระขาวด้วยมวลปกติ 0.25 ของดวงอาทิตย์ มันมีรัศมี 14,000 กิโลเมตร ซึ่งประมาณสองเท่าของรัศมีของโลก น่าแปลกที่ดาวแคระขาวที่หนักกว่านั้นมีขนาดเล็กกว่า ดาวแคระขาวซึ่งมีมวลเท่ากับดวงอาทิตย์มีรัศมีเพียง 8700 กิโลเมตร นี่คือคุณสมบัติที่แปลกประหลาดของดาวแคระขาว: วัตถุที่มีมวลมากกว่าจะเล็กกว่า เนื่องจากประกอบด้วยสสารที่เสื่อมโทรม คุณสมบัติแปลก ๆ นี้ตรงข้ามกับคุณสมบัติของสสารธรรมดา หากคุณเพิ่มมวลของหินก็จะมีขนาดใหญ่ขึ้นและมีขนาดใหญ่ขึ้น ถ้ามวลของดาวแคระขาวเพิ่มขึ้น มันก็จะลดลง!

ทำไมดาวแคระขาวถึงมองเห็นได้ทั้งหมด? หากวัตถุเหล่านี้เป็นผลสุดท้ายของวิวัฒนาการดาวฤกษ์ ซึ่งเกิดขึ้นหลังจากเสร็จสิ้นกระบวนการเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันแล้ว อะไรทำให้ดาวเหล่านี้เปล่งประกาย เศษซากของดาวฤกษ์เหล่านี้มีแหล่งพลังงานความร้อนจำนวนมากที่หลงเหลือจากช่วงชีวิตที่ร้อนแรง ที่เก็บความร้อนขนาดยักษ์นี้แผ่พลังงานออกสู่อวกาศอย่างช้าๆ อย่างไม่น่าเชื่อ จึงทำให้มองเห็นดาวแคระขาวบนท้องฟ้า เมื่ออายุมากขึ้น ดวงดาวจะเย็นลงและฉายแสงน้อยลงเรื่อยๆ เหมือนกับถ่านที่กำลังมอดไหม้ ดาวแคระขาวต้องใช้เวลาหลายพันล้านปีจึงจะเย็นตัวลงอย่างสมบูรณ์ เป็นเวลาที่เทียบได้กับอายุของจักรวาลสมัยใหม่ เมื่อจักรวาลเข้าสู่ยุคสลายตัวในอีกล้านล้านปีข้างหน้า ดาวแคระขาวจะไปถึงอุณหภูมิที่เย็นจัดของไนโตรเจนเหลว การระบายความร้อนเพิ่มเติมจะถูกป้องกันโดยแหล่งพลังงานภายในที่ผิดปกติ ซึ่งเราจะมาทำความรู้จักกันอีกเล็กน้อยในบทนี้

คุณสมบัติที่น่าสงสัยของดาวแคระขาวที่มีขนาดที่ใหญ่กว่าและมีมวลน้อยกว่าทำให้เกิดคำถามอีกข้อหนึ่ง จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อมวลของเศษดาวที่เสื่อมโทรมค่อยๆ ลดลง? วัตถุนี้เติบโตขึ้นทีละน้อยหรือไม่? เลขที่ มีขีดจำกัดอยู่บ้าง เมื่อมวลลดลงและขนาดของดาวเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของวัสดุก็ลดลง ทันทีที่ความหนาแน่นลดลงต่ำกว่าระดับวิกฤต สสารก็จะหยุดเสื่อมสภาพและไม่ประพฤติตัวในลักษณะที่ไร้เหตุผลอีกต่อไป เมื่อมวลของดาวฤกษ์มีขนาดเล็กเกินกว่าจะเสื่อมโทรม ดาวดวงนั้นจะมีลักษณะเหมือนสสารธรรมดา ดังนั้นวัตถุที่เป็นตัวเอกใด ๆ เพื่อที่จะเสื่อมสภาพจะต้องมีมวลน้อยที่สุด มวลนี้มีมวลประมาณหนึ่งในพันของมวลดวงอาทิตย์ ซึ่งเท่ากับมวลของดาวพฤหัสบดีโดยประมาณ วัตถุเบาซึ่งมีมวลไม่เกินหนึ่งในพันของมวลดวงอาทิตย์ ไม่แสดงคุณสมบัติของสสารเสื่อม พวกมันทำตัวเหมือนเรื่องธรรมดาและถูกเรียกว่าดาวเคราะห์

ในทางกลับกัน ดาวแคระขาวก็ไม่สามารถมีมวลมากเกินไปได้เช่นกัน ดาวแคระขาวมีน้ำหนักมากเกินไปคาดว่าจะเกิดการระเบิดอย่างรุนแรง เมื่อมวลเพิ่มขึ้น ดาวแคระขาวจะเล็กลงและหนาแน่นขึ้น ซึ่งต้องใช้แรงกดมากขึ้นเพื่อรองรับดาวฤกษ์ในการต่อสู้กับแรงโน้มถ่วงฝ่ายตรงข้าม เพื่อรักษาความดันให้สูงขึ้น ในกรณีนี้ ความดันของก๊าซอิเล็กตรอนที่เสื่อมสภาพ อนุภาคจะต้องเคลื่อนที่เร็วขึ้น เมื่อความหนาแน่นถึงค่าที่สูงมากจนความเร็วที่ต้องการของอนุภาคเข้าใกล้ความเร็วของแสง ดาวก็มีปัญหาใหญ่ ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์กำหนดขีดจำกัดที่เข้มงวดในทุกความเร็ว: ไม่มีอนุภาคใดเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าความเร็วของแสง เมื่อดาวฤกษ์มาถึงสถานะที่อนุภาคต้องเคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วแสง มันก็จะถึงวาระ แรงโน้มถ่วงเอาชนะแรงกดดันของก๊าซที่เสื่อมโทรม กระตุ้นการล่มสลายของหายนะ ทำให้เกิดการระเบิดของดาวฤกษ์ - ซูเปอร์โนวา การปะทุอันน่าทึ่งเหล่านี้เปรียบได้กับขนาดที่บ่งบอกถึงการตายของดาวมวลมาก (ดังที่เราได้พูดคุยกันในบทที่แล้ว)

เพื่อหลีกเลี่ยงการเสียชีวิตที่ลุกเป็นไฟในการระเบิดซุปเปอร์โนวา ดาวแคระขาวจะต้องมีมวลไม่เกิน 1.4 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ มาตราส่วนมวลที่สำคัญนี้เรียกว่า มวลของจันทราเสกขรเพื่อเป็นเกียรติแก่ S. Chandrasekhar นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ดีเด่น เมื่ออายุได้สิบแปดปี เขาคำนวณขีดจำกัดมวลนี้ระหว่างการเดินทางในมหาสมุทรจากอินเดียไปยังสหราชอาณาจักร ก่อนเริ่มการศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ในช่วงทศวรรษที่ 1930 ต่อมาเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์จากผลงานด้านฟิสิกส์ดาราศาสตร์

ดาวนิวตรอน

แม้ว่าดาวแคระขาวจะมีความหนาแน่นสูงอย่างเหลือเชื่อ แต่ดาวนิวตรอนก็เป็นรูปแบบที่หนาแน่นกว่าของดาวฤกษ์ ความหนาแน่นโดยทั่วไปของดาวแคระขาวมี "เพียง" ล้านเท่าของน้ำเท่านั้น อย่างไรก็ตาม นิวเคลียสของอะตอมมีความหนาแน่นมากกว่ามาก - ประมาณสี่พันล้าน (10 15) เท่าที่มีความหนาแน่นมากกว่าน้ำ หรือหนาแน่นกว่าดาวแคระขาวหนึ่งพันล้านเท่า หากดาวฤกษ์ถูกบีบอัดให้มีความหนาแน่นสูงอย่างเหลือเชื่อของนิวเคลียสของอะตอม สสารของดาวฤกษ์สามารถบรรลุรูปแบบที่แปลกใหม่แต่มีเสถียรภาพ ที่ความหนาแน่นสูงเหล่านี้ อิเล็กตรอนและโปรตอนชอบที่จะมีอยู่ในรูปของนิวตรอน ดังนั้นโดยพื้นฐานแล้วสสารทั้งหมดจะอยู่ในรูปของนิวตรอน นิวตรอนเหล่านี้เสื่อมสภาพ และความกดดันที่สร้างขึ้นอีกครั้งเนื่องจากหลักการความไม่แน่นอน ทำให้ดาวฤกษ์ไม่ยุบตัวตามแรงโน้มถ่วง ดาวนิวตรอนที่ก่อตัวขึ้นเป็นผลให้ชวนให้นึกถึงนิวเคลียสอะตอมยักษ์ที่แยกจากกัน

ความหนาแน่นสูงที่ยากจะเข้าใจซึ่งจำเป็นต่อการเกิดดาวนิวตรอนนั้นเกิดขึ้นได้ตามธรรมชาติระหว่างการยุบตัวที่ดาวมวลมากประสบเมื่อสิ้นสุดอายุขัย บริเวณภาคกลางของดาวฤกษ์ที่มาถึงช่วงปลายของวิวัฒนาการกลายเป็นแกนเหล็กที่เสื่อมโทรม ซึ่งหดตัวระหว่างการยุบตัวของแรงโน้มถ่วง ทำให้เกิดการระเบิดของซุปเปอร์โนวา หลังจากนั้นดาวนิวตรอนก็มักจะยังคงอยู่ นอกจากนี้ ดาวนิวตรอนยังสามารถเกิดขึ้นได้จากการยุบตัวของดาวแคระขาว หากดาวแคระขาวเพิ่มมวลอย่างช้าๆ โดยได้มาจากดาวข้างเคียง บางครั้งดาวแคระขาวก็สามารถหลีกเลี่ยงความตายจากการระเบิดของซุปเปอร์โนวาและหดตัวจนกลายเป็นดาวนิวตรอนได้

เมื่อเทียบกับดาวแคระขาวและดาวแคระน้ำตาลแล้ว ดาวนิวตรอนนั้นค่อนข้างหายาก ท้ายที่สุดพวกมันสามารถเกิดขึ้นได้จากการตายของดวงดาวเท่านั้นซึ่งมวลที่เกิดนั้นมีมากกว่าแปดเท่าของมวลดวงอาทิตย์ ดาวมวลสูงเหล่านี้เป็นเพียง "หาง" ที่มีมวลสูงของการกระจายมวลดาวฤกษ์ ดาวฤกษ์ส่วนใหญ่มีขนาดเล็กเกินไป มีดาวเพียง 1 ใน 400 ดวงที่เกิดมามีขนาดใหญ่พอที่จะระเบิดและทิ้งดาวนิวตรอนไว้เบื้องหลัง แต่ถึงแม้จะมีโอกาสเพียงเล็กน้อย กาแล็กซีขนาดใหญ่พอจะมีดาวนิวตรอนนับล้านดวง

มวลของดาวนิวตรอนทั่วไปนั้นมีมวลประมาณหนึ่งเท่าครึ่งของมวลดวงอาทิตย์ เช่นเดียวกับในกรณีของดาวแคระขาวซึ่งมีอยู่เนื่องจากความดันของก๊าซอิเล็กตรอนที่เสื่อมสภาพ ความดันของนิวตรอนที่เสื่อมโทรมก็ไม่สามารถรองรับส่วนที่เหลือของดาวฤกษ์ที่มีมวลขนาดใหญ่ตามอำเภอใจได้ ถ้ามวลมีขนาดใหญ่เกินไป แรงโน้มถ่วงจะเอาชนะความดันของก๊าซที่เสื่อมโทรมและดาวจะหดตัว มวลสูงสุดที่เป็นไปได้ของดาวนิวตรอนอยู่ระหว่างมวลดวงอาทิตย์สองถึงสามเท่า แต่เราไม่ทราบค่าที่แน่นอนของดาวนิวตรอน ที่ความหนาแน่นสูงอย่างไม่อาจเข้าใจได้ซึ่งสสารไปถึงใจกลางของดาวนิวตรอน มันได้คุณสมบัติที่แปลกใหม่และค่อนข้างไม่แน่นอน แม้ว่าดาวนิวตรอนจะหนักกว่าดวงอาทิตย์ แต่รัศมีของพวกมันก็ค่อนข้างเล็ก เพียงสิบกิโลเมตรเท่านั้น ขนาดที่เล็กประกอบกับมวลมาก บ่งบอกถึงความหนาแน่นของสสารที่น่าเหลือเชื่อ สสารหนึ่งลูกบาศก์เซนติเมตร (ขนาดของก้อนน้ำตาล) ที่ประกอบเป็นดาวนิวตรอนนั้นมีน้ำหนักเกือบเท่ากับช้างหนึ่งพันล้านตัว!

หลุมดำ

ตัวเลือกที่สี่ที่เป็นไปได้สำหรับการตายของดาวฤกษ์คือการเปลี่ยนเป็นหลุมดำ หลังจากการระเบิดและการสูญพันธุ์ของดาวมวลสูงที่สุด วัตถุที่มีมวลเกินค่าสูงสุดที่อนุญาตสำหรับดาวนิวตรอน (ค่าระหว่างสองถึงสามมวลดวงอาทิตย์) อาจยังคงอยู่ เศษดาวฤกษ์ที่มีมวลมากเพียงพอไม่สามารถดำรงอยู่ได้เนื่องจากแรงดันของก๊าซที่เสื่อมสภาพและต้องยุบตัวและกลายเป็นหลุมดำ ในทำนองเดียวกัน ดาวแคระขาวและดาวนิวตรอนที่ก่อตัวเต็มที่สามารถรับมวลเพิ่มเติมได้ ซึ่งมักจะมาจากดาวข้างเคียงของพวกมัน และมีขนาดใหญ่เกินไปที่จะรองรับแรงดันของก๊าซที่เสื่อมโทรม เศษซากที่หนักเกินไปที่เกิดจากสิ่งนี้จะต้องยุบตัวและบางครั้งอาจก่อให้เกิดหลุมดำได้

หลุมดำเป็นสิ่งมีชีวิตที่แปลกประหลาด สนามโน้มถ่วงของพวกมันนั้นแรงมากจนแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลบหนีพวกมันได้ อันที่จริง คุณสมบัตินี้เป็นคุณสมบัติที่กำหนดลักษณะของหลุมดำ สำหรับวัตถุเหล่านี้ ความเร็วหนี (ความเร็วที่ใช้ในการออกจากพื้นผิว) เกินความเร็วของแสง เนื่องจากการจำกัดความเร็วเชิงสัมพัทธภาพที่กำหนดโดย Einstein - ไม่มีอะไรเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าความเร็วของแสง - ทั้งอนุภาคหรือรังสีไม่สามารถทิ้งหลุมดำได้ ทว่าคำกล่าวที่เคร่งครัดอย่างไม่ต้องสงสัยนี้ไม่เป็นความจริงอย่างแน่นอนเนื่องจากการดำเนินการตามหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก หลังจากเวลาผ่านไปนานมาก หลุมดำจะยังคงถูกบังคับให้ละทิ้งมวลที่ยึดไว้อย่างแน่นหนา แต่สิ่งนี้จะเกิดขึ้นหลังจากเวลาผ่านไปนานหลังจากสิ้นสุดยุคการสลายตัว

หลุมดำมีขนาดเล็กมาก หลุมดำที่มีมวลดวงอาทิตย์มีรัศมีเพียงไม่กี่กิโลเมตร (ประมาณหนึ่งไมล์) อีกตัวอย่างหนึ่ง โปรดทราบว่าหลุมดำขนาดเท่าลูกเบสบอลนั้นมีมวลประมาณห้าเท่าของโลก วัตถุที่เป็นตัวเอกที่โดดเด่นเหล่านี้มีคุณสมบัติแปลกใหม่อีกมากมาย ซึ่งจะกล่าวถึงในบทต่อไป

ดาวมวลมากนั้นค่อนข้างหายาก และหลุมดำที่พวกมันก่อตัวนั้นหายากยิ่งกว่า ดาวฤกษ์น้อยกว่าหนึ่งในสามพันดวงมีโอกาสที่จะกลายเป็นหลุมดำหลังจากผ่านช่วงชีวิตที่มันเผาไหม้ไฮโดรเจน เนื่องจากความขาดแคลนนี้ ตัวสำรองที่เป็นตัวเอกเหล่านี้จะไม่มีบทบาทสำคัญในจนกว่ายุคแห่งการสลายตัวจะสิ้นสุดลง

นอกจากหลุมดำที่เกิดจากการตายของดาวฤกษ์แล้ว จักรวาลของเรายังมีวัตถุอีกหลายชนิดอาศัยอยู่ด้วย หลุมดำที่เป็นของชั้นสองนี้พบได้ที่ศูนย์กลางของกาแลคซี หลุมดำมวลมหาศาลเหล่านี้มีขนาดมหึมาเมื่อเทียบกับดาวฤกษ์คู่ขนานกัน มวลของพวกมันมีตั้งแต่หนึ่งล้านถึงหลายพันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ สำหรับการเปรียบเทียบ รัศมีที่แท้จริงของหลุมดำซึ่งมีมวลเท่ากับมวลหนึ่งล้านดวงอาทิตย์ นั้นอยู่ที่รัศมีประมาณสี่เท่าของดวงอาทิตย์

ดาราจักรชนกัน

ในปัจจุบัน กาแล็กซีทางช้างเผือกของเรามีดาวส่องสว่างหนึ่งแสนล้านดวง ซึ่งปรากฏเป็นเส้นแสงจางๆ แผ่กระจายไปทั่วท้องฟ้ายามค่ำคืน ในยุคเสื่อมโทรม ท้องฟ้าจะมืดสนิท แต่กาแล็กซีที่ใหญ่ที่สุดซึ่งถูกกันไม่ให้สลายตัวโดยแรงดึงดูดของดาวฤกษ์ที่เย็นยะเยือกและสสารมืดจะยังคงไม่บุบสลาย

อย่างไรก็ตาม ภัยคุกคามที่ใกล้จะถึงที่สุดสำหรับดาราจักรธรรมดา เช่น ทางช้างเผือก ไม่ใช่การตายของดาวฤกษ์ที่เป็นส่วนประกอบของมัน แต่เป็นการชนที่ทำลายล้างกับดาราจักรอื่น ตามกฎแล้ว ดาราจักรอยู่ในกระจุกหรือกลุ่ม กระจุกเหล่านี้ถูกกันไม่ให้บินออกจากกันโดยการกระทำของแรงดึงดูด โดยกาแลคซีแต่ละดวงเคลื่อนที่ผ่านกระจุกดาวในวงโคจรของมันเอง เมื่อวัตถุขนาดใหญ่ที่มีโครงสร้างหลวม เช่น กาแล็กซี เคลื่อนผ่านเข้าหากัน วัตถุนั้นจะเกิดการเสียดสีบางอย่าง ส่งผลให้พวกมันเคลื่อนเข้าหาศูนย์กลางของกระจุกดาว ใกล้ศูนย์กลางของกระจุกดาว กาแลคซีตั้งอยู่ค่อนข้างอิสระและมีแนวโน้มที่จะชนกัน

การชนกันระหว่างกาแลคซี่จะมีผลกระทบต่อจักรวาลในอนาคตอันใกล้นี้ กาแล็กซีบางแห่งชนกันแม้กระทั่งในยุคของเรา - ในยุคของดวงดาว เมื่อจักรวาลเข้าสู่ยุคแห่งการสลายตัว ปฏิสัมพันธ์ทางช้างเผือกเหล่านี้จะมีผลที่ตามมาที่สำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ

เมื่อดาราจักรชนกัน ดาวฤกษ์ของดาราจักรดั้งเดิมทั้งสองจะรวมกันเป็นดาราจักรประกอบที่ใหญ่ขึ้นแต่มีการจัดระเบียบน้อยกว่า ดาราจักรผสมแบบผสม ซึ่งแตกต่างจากดาราจักรดิสก์เดี่ยวที่มีโครงสร้างก้นหอยที่สง่างาม มีความโกลาหลและไม่มีรูปร่าง ระหว่างการชนกัน ดาราจักรจะปล่อยเส้นดาวยาวๆ หรือเรียกอีกอย่างว่าหางน้ำขึ้นน้ำลง การโคจรของดาวฤกษ์จะซับซ้อนและไม่สม่ำเสมอ กาแล็กซีผสมชวนให้นึกถึงโจ๊ก

การชนกันของดาราจักรมักเกิดการระเบิดของดาวฤกษ์อย่างทรงพลัง เมฆก๊าซขนาดยักษ์ภายในดาราจักรผสมกันระหว่างการชนกันดังกล่าว และให้กำเนิดดาวดวงใหม่ในอัตราที่น่าอัศจรรย์ มหานวดาราจำนวนมากซึ่งเป็นผลมาจากการตายของดาวมวลมากอาจมีผลที่ร้ายแรงมาก

แม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าหลังจากการชนกัน โครงสร้างของกาแลคซีโดยรวมจะดูแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ดาวฤกษ์แต่ละดวงและระบบสุริยะของพวกมันแทบไม่รู้สึกถึงมัน ดาราจักรอย่างทางช้างเผือกส่วนใหญ่เป็นพื้นที่ว่าง: ดาวในดาราจักรเป็นเหมือนเม็ดทรายแยกจากกันในทุกทิศทางด้วยพื้นที่ว่างไม่กี่ไมล์ และแม้แต่ในดาราจักรที่รวมตัวกันค่อนข้างหนาแน่น ระยะห่างระหว่างดาวฤกษ์ก็เกินหนึ่งปีแสง ซึ่งใหญ่เป็นพันเท่าของระบบสุริยะและสิบล้านเท่า ดาวมากขึ้น. ระบบดาวเคราะห์ที่อยู่ในกาแลคซีที่ชนกันจะไม่รู้สึกถึงภัยพิบัติที่เกิดขึ้นรอบตัวพวกเขาและคงอยู่นานนับล้านปี ผลกระทบที่น่าสังเกตมากที่สุดของหายนะดังกล่าวบนดาวเคราะห์เช่นโลกคือการเพิ่มจำนวนดาวที่มองเห็นได้ในท้องฟ้ายามค่ำคืนอย่างค่อยเป็นค่อยไป

ทางช้างเผือกถูกกำหนดให้เอาตัวรอดจากการชนกันของกาแลคซี (และสูญเสียเอกลักษณ์ของมัน) ในอนาคตอันใกล้นี้ กาแล็กซีแอนโดรเมดาที่อยู่ใกล้เคียง หรือที่เรียกว่า M31 กำลังชนกับทางช้างเผือก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความยากในการวัดความเร็วของดาราจักรทางดาราศาสตร์ที่แม่นยำ เราจึงไม่สามารถระบุทิศทางที่แอนโดรเมดาเคลื่อนที่ได้อย่างถูกต้อง อย่างไรก็ตาม สิ่งที่ชัดเจนก็คือ ดาราจักรขนาดใหญ่นี้จะเคลื่อนตัวเข้าใกล้ดาราจักรของเรามาก และอาจชนกับดาราจักรในอีกราว 6 พันล้านปี เมื่อดวงอาทิตย์เริ่มขยายตัวเป็นดาวยักษ์แดง แม้ว่าแอนโดรเมดาและทางช้างเผือกจะไม่ชนกันในการประชุมครั้งหน้าครั้งนี้ ไม่ช้าก็เร็วพวกเขาก็จะไม่หลีกเลี่ยงกันและกัน ทางช้างเผือกมีความสัมพันธ์เชิงแรงโน้มถ่วงกับแอนโดรเมดาอย่างแน่นอน เนื่องจากกาแลคซีทั้งสองนี้โคจรรอบกันและกันและพลังงานสูญเสียไปเนื่องจากการเสียดสีแบบไดนามิก การควบรวมกิจการในอนาคตแทบจะหลีกเลี่ยงไม่ได้

ดังนั้น ชะตากรรมระยะยาวของกระจุกดาราจักรจึงถูกผนึกไว้อย่างสมบูรณ์: ดาราจักรที่ประกอบเป็นกระจุกในที่สุดจะมีปฏิสัมพันธ์และรวมเข้าด้วยกัน เอกลักษณ์ที่แยกจากกันของพวกมันจะรวมกันเป็นกระจุกดาวทั้งหมดกลายเป็นกลุ่มดาวขนาดมหึมาและเป็นระเบียบ ในขณะที่จักรวาลเปลี่ยนจากยุคของดวงดาวไปสู่ยุคแห่งการสลายตัว กระจุกดาราจักรในปัจจุบันจะกลายเป็นดาราจักรอันกว้างใหญ่แห่งอนาคต ในความเป็นจริง กลุ่มดาราจักรในท้องถิ่นของเรา รวมทั้งทางช้างเผือกและแอนโดรเมดาจะค่อยๆ กลายเป็นเมตากาแล็กซีเดียว

กาแล็กซีอยู่ในกระบวนการผ่อนคลาย

ช่องว่างระหว่างดาวฤกษ์ในดาราจักรเช่นทางช้างเผือกนั้นกว้างใหญ่มากจนดาวฤกษ์มีการชนกันโดยตรงน้อยมาก หากมี อย่างน้อยก็ตอนนี้. ดำเนินเรื่องต่อในหัวข้อที่เราคุ้นเคยกันดีอยู่แล้ว สมมติว่าเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นได้ยากก็อาจเกิดขึ้นได้หากให้เวลาเพียงพอ เมื่อยุคแห่งการสลายตัวใกล้เข้ามา การชนกันของดาวฤกษ์หรือเหตุการณ์ใกล้ตัวจะมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ การประชุมดังกล่าวจะเปลี่ยนโครงสร้างของกาแล็กซี่อย่างรุนแรงและในที่สุดก็นำไปสู่ความตาย อย่างไรก็ตาม เนื่องจากยุคแห่งการทำลายล้างนี้จะเกิดขึ้นในช่วงสูงสุดของยุคแห่งการสลายตัวเท่านั้น ดวงดาว ณ เวลานั้นก็จะเหลือเศษดาวฤกษ์แล้ว และกาแล็กซีจะกลายเป็นผลพลอยได้จากการรวมตัวของกาแล็กซีจำนวนหนึ่ง .

แต่แม้ในช่วงเวลาแห่งการสลายตัว การชนกันของดาวโดยตรงนั้นค่อนข้างหายาก การเข้าใกล้และทางใกล้เกิดขึ้นบ่อยกว่าการชนกันจริง เมื่อถึงยุคแห่งการสลายตัว ดาวฤกษ์มักจะเคลื่อนผ่านเข้าหากันเป็นประจำ โดยมีปฏิสัมพันธ์ผ่านแรงดึงดูดของกันและกัน การเคลื่อนตัวใกล้ของดาวฤกษ์สองดวงส่งผลให้ความเร็วและทิศทางของดาวแต่ละดวงเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย ดาวมักจะกระจัดกระจายทุกครั้งที่อยู่ใกล้ ดังแสดงในรูปที่ สิบสี่

ข้าว. 14. แผนภาพนี้แสดงปฏิกิริยาของดาวสองดวงต่อการเข้าใกล้ ในตอนท้ายของปฏิสัมพันธ์ ดาวแต่ละดวงเริ่มเคลื่อนที่ไปในทิศทางใหม่ ได้รับค่าพลังงานที่แตกต่างกัน และด้วยเหตุนี้ความเร็ว การเผชิญหน้าดังกล่าวจำนวนมากจะนำไปสู่การคลายตัวแบบไดนามิกของกาแลคซี และด้วยเหตุนี้หลังจากเวลาผ่านไปนาน โครงสร้างของกาแล็กซี่จึงเปลี่ยนไป

การกระจายเหล่านี้จำนวนมากเกิดขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป และผลของพวกมันจะค่อยๆ สะสม ผลลัพธ์สุดท้ายจากลำดับการแพร่กระจายที่ยาวนานคือการกระจายความเร็วของดาวฤกษ์แต่ละดวงที่โคจรรอบดาราจักรใหม่ ดาวฤกษ์ที่เล็กกว่าและเบากว่ามีแนวโน้มที่จะเพิ่มความเร็วและพลังงานโคจร ในขณะที่ดาวที่หนักกว่าจะสูญเสียพลังงานในวงโคจร เมื่อดาวหลายดวงมีส่วนร่วมในการแจกจ่าย "ความมั่งคั่ง" นี้ โครงสร้างของกาแล็กซี่จะค่อยๆ เปลี่ยนแปลงไปในกระบวนการ การพักผ่อนแบบไดนามิก. ในขณะที่การผ่อนคลายนี้ดำเนินไป เศษดาวบางส่วนก็มีพลังมากจนถูกบังคับให้ออกจากกาแลคซี เมื่อเวลาผ่านไป ดาวฤกษ์จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ระเหยออกจากกาแลคซีที่กำลังจะตาย ชนกันและถอยห่างออกไปในอวกาศด้วยความเร็วสามร้อยกิโลเมตรต่อวินาที (675,000 ไมล์ต่อชั่วโมง)

ในระหว่างการผ่อนคลายแบบไดนามิก จำนวนดาวที่พุ่งออกมาจะเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่สำคัญในกาแลคซี เนื่องจากดาวที่มีพลังงานสูงสุดออกจากกาแลคซี โดยเฉลี่ยแล้วดาวฤกษ์ที่เหลือจะมีพลังงานน้อยกว่า จึงมีการรั่วไหลของพลังงาน เพื่อตอบสนองต่อวิกฤตพลังงานที่เพิ่มขึ้น ดาราจักรถูกบีบให้เล็กลงและหนาแน่นขึ้น การหดตัวของกาแล็กซีนี้กระตุ้นให้เกิดการเผชิญหน้าของดาวจำนวนมากขึ้นและการขับไล่ดาวฤกษ์จำนวนมากขึ้น เมื่อกระบวนการนี้เร็วขึ้น สถานการณ์ก็ไม่สามารถควบคุมได้: ดาราจักรจะระเบิดดาวฤกษ์เกือบทั้งหมด หลังจากนั้นจะมีดาวน้อยมาก และจะถูกจัดกลุ่มเป็นก้อนหนาแน่น

โอกาสที่ไม่สว่างเกินไปกำลังรอดาวฤกษ์พลังงานต่ำที่จะตกลงสู่ใจกลางดาราจักร ซึ่งนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามีหลุมดำมวลมหาศาล และนี่เป็นเรื่องจริงสำหรับทุกดาราจักร หลุมดำขนาดมหึมาเหล่านี้มีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์นับล้านหรือพันล้านเท่า ในขณะที่กาแล็กซีคลายตัว หลุมดำที่อยู่ตรงกลางจะดูดกลืนดาวร้ายที่เข้ามาใกล้มากเกินไป พวกเขาพบว่าตัวเองอยู่ในขอบฟ้าเหตุการณ์ ตลอดช่วงเวลาแห่งการสลายตัว หลุมดำมวลมหาศาลเหล่านี้จะค่อยๆ เพิ่มน้ำหนักของพวกมันเนื่องจากการดูดกลืนดาวที่ตกลงมาอย่างต่อเนื่อง

กาแล็กซีจะมีอายุยืนยาวกว่าอายุจักรวาลในปัจจุบันหลายพันล้านเท่า อายุการใช้งานที่ยาวนานเช่นนี้เกิดจากระยะทางมหึมาที่แยกดาวแต่ละดวงออกจากกันและความเร็วที่ช้าซึ่งดาวฤกษ์เอาชนะพวกมัน อย่างไรก็ตาม หลังจากเวลาพอสมควร กาแล็กซีจะต้องเผชิญกับความหายนะ ในอีกสิบเก้าหรือยี่สิบทศวรรษทางจักรวาลวิทยา (10 19 หรือ 10 20 ปีข้างหน้า) ดาวฤกษ์ที่ตายแล้วส่วนใหญ่ในกาแลคซีจะทิ้งไว้ในระหว่างกระบวนการระเหยของดาว เศษเล็กเศษน้อยของดวงดาวที่โชคไม่ดี ซึ่งอาจเรียงร้อยเปอร์เซ็นต์ จะถูกหลุมดำที่อยู่ใจกลางดาราจักรกลืนเข้าไป เมื่อเสร็จสิ้นกระบวนการผ่อนคลายแบบไดนามิกนี้ ชีวิตของกาแล็กซี่ก็ถึงจุดสิ้นสุด

ในขณะที่กาแล็กซีคลายตัวและแยกย้ายกันไป การเผชิญหน้าของดาวฤกษ์ที่โคจรผ่านจะส่งผลกระทบร้ายแรงต่อดาวเคราะห์ดวงใดก็ตามที่ยังคงโคจรรอบดาวฤกษ์ เหตุการณ์เหล่านี้ซึ่งเปลี่ยนวิถีโคจรของดาวฤกษ์ มีแนวโน้มที่จะขับดาวเคราะห์ออกจากวงโคจรของพวกมัน ทำให้ดาวเคราะห์ถูกกวาดออกไปสู่ความว่างเปล่าอันกว้างใหญ่ เราได้พูดถึงชะตากรรมของดาวเคราะห์ที่ "หลงทาง" ดังกล่าวในบทที่แล้ว ดาวเคราะห์ที่มีรัศมีการโคจรเทียบได้กับโลกของเรา จะถูกขับออกจากระบบสุริยะของพวกมันในทศวรรษที่สิบห้าของจักรวาลวิทยา ดาวเคราะห์ชั้นนอกที่มีวงโคจรขนาดใหญ่นั้นมีความอ่อนไหวมากกว่า เนื่องจากเมื่อถึงเวลานั้นพวกมันจะจมลงไปในการลืมเลือนไปนานแล้ว ดาวเคราะห์อย่างดาวเนปจูนซึ่งมีรัศมีการโคจรถึงสามสิบหน่วยดาราศาสตร์ จะถูกขับออกจากระบบสุริยะภายในเวลาเพียงสิบสองทศวรรษของจักรวาลวิทยา - หนึ่งล้านล้านปี ในยุคแห่งการสลายตัว แม้แต่ดาวเคราะห์ชั้นในสุดก็สามารถออกจากวงโคจรได้ ดาวเคราะห์ซึ่งมีวงโคจรเล็กกว่าโลกถึงสิบเท่า (ค่อนข้างเล็กกว่าวงโคจรของดาวพุธ) จะถูกขับออกจากวงโคจรในเวลาประมาณ 17 ทศวรรษของจักรวาลวิทยา ดังนั้นดาวฤกษ์จะสูญเสียระบบสุริยะไปนานก่อนทศวรรษจักรวาลวิทยาที่สิบเก้าถึงยี่สิบปี เมื่อพวกเขาออกจากดาราจักรไปตลอดกาล

ดังนั้นอนาคตระยะยาวของดาวเคราะห์โดยทั่วไปและโดยเฉพาะอย่างยิ่งโลกของเราจึงค่อนข้างเยือกเย็น ในอนาคตอันใกล้นี้ ดาวเคราะห์ต่างๆ จะโดนไฟจากดาวหางและดาวเคราะห์น้อย ซึ่งจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกและการทำลายล้างอย่างร้ายแรงของธรรมชาติทั่วไป หลังจากนั้น เมื่อดาวฤกษ์แม่ของดาวเคราะห์ชั้นในโตจนมีขนาดเท่าดาวยักษ์แดง ดาวเคราะห์เหล่านี้จะลุกไหม้ถึงพื้นและกลายเป็นหมันโดยสมบูรณ์ จากนั้นดาวเคราะห์ที่รอดตายทั้งหมดจะถูกบังคับให้ออกจากระบบสุริยะของพวกมันและโยนออกไปทีละดวงสู่ความมืดนิรันดร์ของอวกาศระหว่างดวงดาว

การชนกันของดวงดาวที่เสื่อมโทรม

การชนกันโดยตรงที่หาได้ยากของซากดาวฤกษ์ที่ตายแล้วเป็นช่วงเวลาแห่งความตื่นเต้นที่ไม่ธรรมดาอย่างแท้จริง เช่น เครื่องหมายอัศเจรีย์ที่เน้นย้ำถึงความเวิ้งว้างอันว่างเปล่าที่แทบจะไม่มีที่สิ้นสุดของยุคการสลายตัว การชนกันเหล่านี้สามารถก่อให้เกิดดาวดวงใหม่ธรรมดา ดาวฤกษ์ชนิดใหม่ที่แปลกประหลาด และเปลวไฟอันตระการตา

ในยุคอนาคตนี้ สสารแบริออนปกติส่วนใหญ่ในกาแลคซีจะกระจุกตัวอยู่ในดาวแคระขาว และถึงแม้ดาวแคระน้ำตาลซึ่งมีมวลน้อยกว่า แต่มีสสารน้อยกว่า แต่ก็มีจำนวนเท่ากัน ในดาราจักรขนาดใหญ่อย่างทางช้างเผือก ประชากรดาวแคระขาวและดาวแคระน้ำตาลรวมกันจะต้องเป็นพันล้าน ในขณะที่ดาวที่ตายแล้วเคลื่อนที่ผ่านวงโคจรของพวกมัน การชนกันโดยตรงก็เกิดขึ้นเป็นครั้งคราว: ประมาณหนึ่งครั้งในทุก ๆ สองสามแสนล้านปี เมื่อพิจารณาจากอายุปัจจุบันของกาแล็กซี เมื่อนับถึงหมื่นล้านปี มีความเป็นไปได้สูง (ประมาณเก้าในสิบ) ที่ยังไม่มีการชนกันของดวงดาว การชนกันจะเริ่มเกิดขึ้นเมื่อเอกภพมีอายุมากกว่าสองสามแสนล้านปี ในทศวรรษจักรวาลวิทยาที่สิบห้า การชนกันนับร้อยหรือหลายพันครั้งจะเขย่ากาแลคซี

การชนกันระหว่างดาวแคระน้ำตาลสองดวงนั้นน่าสนใจในแง่ของดาราศาสตร์ ธรณีวิทยา และบางทีแม้แต่ชีววิทยา ไฮโดรเจนที่เหลืออยู่ในจักรวาลส่วนใหญ่อยู่ในดาวแคระน้ำตาลอย่างแม่นยำ ซึ่งไม่ได้ทำให้ธาตุนี้กลายเป็นองค์ประกอบที่หนักกว่า เมื่อดาวแคระน้ำตาลสองดวงชนกันที่มุมใกล้ขวา พวกมันสามารถก่อตัวเป็นวัตถุดาวฤกษ์ที่มีมวลรวมส่วนใหญ่ของดาวทั้งสองดวง (ดูรูปที่ 15) หากมวลรวมของมันเกินกว่ามวลธรณีประตูที่ดาวฤกษ์ต้องมี ผลิตภัณฑ์ปฏิสัมพันธ์นี้สามารถหดตัวและทำให้ร้อนขึ้นได้จนกว่าไฮโดรเจนฟิวชันที่ยืดเยื้อจะจุดประกายแก่แกนดาวที่ก่อตัวขึ้นใหม่ ดวงดาวจะถือกำเนิดขึ้น ดาวแดงดวงเล็กๆ ที่ก่อตัวจากการชนกันที่แปลกประหลาดเหล่านี้จะมีชีวิตอยู่ต่อไปอีกเป็นล้านล้านปีหลังจากนั้น

ข้าว. 15. โมเดลคอมพิวเตอร์นี้แสดงการชนกันของดาวแคระน้ำตาลสองดวง สามภาพแรกแสดงช่วงสองสามนาทีแรกของงานนี้ ผลลัพธ์สุดท้ายของการชนกัน ดังแสดงในภาพที่สี่ เป็นดาวฤกษ์จริงที่มีมวลมากพอที่จะเริ่มต้นการหลอมรวมของไฮโดรเจน การชนกันตามธรรมชาติจะสร้างจานก๊าซและฝุ่นรอบๆ ดาวฤกษ์ที่เกิดใหม่ ดิสก์นี้เป็นสื่อที่ดาวเคราะห์สามารถก่อตัวได้

ผ่านหายนะทางดาราศาสตร์เหล่านี้ ดาวดวงใหม่สามารถสร้างขึ้นได้แม้ว่าตัวกลางระหว่างดวงดาวจะมีก๊าซหมดไปนานแล้ว ในดาราจักรขนาดเท่าทางช้างเผือก จะมีดาวฤกษ์ประมาณร้อยดวงที่ส่องแสงในเวลาใดก็ตาม การเรืองแสงที่รวมกันของเศษสีแดงสลัวเหล่านี้ทำให้กาแลคซีมีพลังการแผ่รังสีทั้งหมดเทียบได้กับดวงอาทิตย์สมัยใหม่

นอกจากนี้ การชนกันของดาวแคระน้ำตาลสามารถก่อให้เกิดดาวเคราะห์ได้ เว้นแต่เป็นการชนกันโดยตรง ก๊าซแคระน้ำตาลบางส่วนจะหมุนวนเร็วเกินไปที่จะเป็นส่วนหนึ่งของดาวฤกษ์ที่เพิ่งก่อตัวใหม่ วัสดุที่หมุนได้นี้สร้างจานก๊าซและฝุ่นรอบดาวฤกษ์ที่เกิดใหม่อย่างง่ายดาย เนื่องจากการก่อตัวของดาวเคราะห์เป็นผลที่น่าจะมาจากจานที่ปะทุ ดาวดวงใหม่เหล่านี้จึงมีแนวโน้มที่จะวางไข่ระบบสุริยะใหม่

ดาวเคราะห์ที่เกิดจากการชนกันของดาวแคระน้ำตาลสองดวงต้องมีส่วนประกอบทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาชีวิต ดาวเคราะห์ที่อยู่ในความดูแลของดาวแคระแดงสามารถคงความอบอุ่นไว้ได้หลายล้านล้านปี เกินกว่าอายุปัจจุบันของโลก ระบบเหล่านี้มีธาตุหนักจำนวนมาก รวมทั้งออกซิเจนและคาร์บอน ซึ่งเป็นพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตบนบก ดาวเคราะห์ในวงโคจรที่ดีอาจมีน้ำเป็นของเหลว โดยหลักการแล้ว ประเภทของสิ่งมีชีวิตที่คุ้นเคยสามารถเกิดขึ้นและพัฒนาบนดาวเคราะห์ดวงใหม่ดังกล่าวได้จนกว่าดาราจักรจะสลายตัว และหลังจากทศวรรษจักรวาลวิทยาที่ยี่สิบเท่านั้น เมื่อกาแลคซี่จะระเหยและความถี่ของการชนกันของดาวแคระน้ำตาลจะลดลงเหลือศูนย์ โลกที่คล้ายโลกสุดท้ายจะตกเป็นเหยื่อของค่ำคืนนิรันดร์

การชนกันของดาวแคระขาวสามารถทำให้เกิดดอกไม้ไฟที่สว่างกว่า แม้จะสั้นกว่าก็ตาม ถ้าดาวแคระขาว 2 ดวงชนกันและรวมเข้าด้วยกัน และถ้ามวลของวัตถุที่ก่อตัวขึ้นใหม่มีมากกว่าขีดจำกัดจันทรเสกขาร์ ความดันของก๊าซที่เสื่อมโทรมจะไม่สามารถป้องกันผลคูณของการควบรวมนี้จากการยุบตัวของแรงโน้มถ่วงได้ จากนั้นดาวที่เพิ่งเกิดใหม่ แต่มีน้ำหนักมากเกินไปจะต้องระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา การชนกันของดาวแคระขาวประมาณหนึ่งในสิบจะสิ้นสุดด้วยการระเบิดของซุปเปอร์โนวา ดังนั้น ตราบใดที่กาแล็กซี่ยังคงไม่บุบสลาย เป็นเวลาประมาณ 20 ทศวรรษของจักรวาลวิทยาถูกกำหนดให้ต้องประสบกับการระเบิดครั้งหนึ่งในทุกๆ ล้านล้านปี การระเบิดของซุปเปอร์โนวายังคงงดงามมากในปัจจุบัน แต่ในสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายของกาแล็กซีที่กำลังจะตายในยุคเสื่อมโทรม สิ่งเหล่านี้จะน่าประทับใจอย่างแท้จริง

อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ที่เป็นไปได้มากที่สุดของการชนกันของดาวแคระขาวสองดวงที่หายากที่สุดไม่ใช่การระเบิดของซุปเปอร์โนวา แต่เป็นการก่อตัวของดาวฤกษ์ชนิดใหม่ที่แปลกประหลาด ดาวแคระขาวส่วนใหญ่มีต้นกำเนิดมาจากดาวฤกษ์มวลต่ำและประกอบด้วยฮีเลียมเกือบทั้งหมด การชนกันของดาวแคระขาวทั่วไปสองดวงทำให้เกิดวัตถุดาวฤกษ์ที่มีขนาดใหญ่กว่าเล็กน้อยซึ่งประกอบด้วยฮีเลียม หากมวลของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการชนกันเกินกว่า 0.3 เท่าของมวลดวงอาทิตย์ ตามหลักการแล้ว ฮีเลียมในระดับความลึกสามารถจุดไฟได้ ดาวดังกล่าวสามารถหลอมฮีเลียมเป็นธาตุที่หนักกว่าได้ในลักษณะเดียวกับดาวฤกษ์ที่พัฒนาแล้ว (เก่ากว่า) ที่มีมวลสูงกว่า (ดังที่เราอธิบายไปแล้วในบทที่แล้ว) อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ดาวฤกษ์เริ่มเผาไหม้ฮีเลียมได้ การชนจะต้องให้พลังงานความร้อนในปริมาณมากเพียงพอ ซึ่งคล้ายกับสถานการณ์ปกติสำหรับเราเมื่อเราใช้ความร้อนจากไม้ขีดไฟเพื่อจุดไฟให้ แผ่นกระดาษ. หากอุณหภูมิของดาวฤกษ์ไม่สูงพอที่จะเผาฮีเลียมได้ มันจะหดตัวและกลายเป็นดาวแคระขาวอีกดวงที่โคจรรอบกาแล็กซีเพื่อรอการชนครั้งใหม่หรือการขับออกสู่อวกาศ

เมื่อเทียบกับดาวฤกษ์ที่เผาไหม้ด้วยไฮโดรเจนปกติแล้ว ดาวฤกษ์ที่เผาไหม้ด้วยฮีเลียมเหล่านี้ร้อนกว่า สว่างกว่า หนาแน่นกว่า และมีอายุสั้นกว่ามาก รัศมีของดาวฤกษ์ทั่วไปซึ่งมีมวลครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์นั้นเล็กกว่ารัศมีของดวงอาทิตย์ถึงสิบเท่า และความส่องสว่างของมันมากกว่าสิบเท่า พื้นผิวของดาวฤกษ์ดังกล่าวร้อนอย่างไม่น่าเชื่อ อุณหภูมิของมันคือ 35,000 องศาเคลวิน ซึ่งมากกว่าอุณหภูมิพื้นผิวดวงอาทิตย์ประมาณหกเท่า ในแกนกลางของดาวฤกษ์นั้น สภาวะสุดขั้วยิ่งกว่าเดิม: อุณหภูมิหนึ่งร้อยล้าน (10 8) องศาและความหนาแน่นเกือบ 10,000 กรัมต่อลูกบาศก์เซนติเมตร ดาวเหล่านี้มีชีวิตอยู่เพียงไม่กี่ร้อยล้านปี - ระยะเวลายาวนานตามมาตรฐานของมนุษย์ แต่เพียงชั่วครู่เมื่อเทียบกับเวลานานที่มันก่อตัวขึ้น แม้ว่าระบบดาวเคราะห์จะก่อตัวขึ้นรอบดาวฤกษ์เหล่านี้ แต่ดูเหมือนว่าพวกเขาจะไม่มีเวลาเห็นการพัฒนาของดาวเหล่านี้ ชีวิตที่ยากลำบากเนื่องจากความสั้นของการมีอยู่ของมัน เมื่อคาดการณ์จากเวลาที่ใช้ในการพัฒนารูปแบบชีวิตที่ซับซ้อนบนโลก ชีวิตในระบบเหล่านี้ไม่น่าจะอยู่เหนือรูปแบบดั้งเดิมที่สุดที่แสดงโดยไวรัสและสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว

เมื่อดาวแคระขาวที่หนักกว่าหลายดวงชนกัน ดาวฤกษ์ประเภทอื่นก็อาจเกิดขึ้น หากมวลของผลิตภัณฑ์การชนกันเกิน 0.9 เท่าของมวลดวงอาทิตย์แต่ไม่ถึงขีดจำกัดจันทรเสกขาร์ (ดังนั้นจึงไม่ระเบิด) โดยหลักการแล้ววัตถุใหม่จะสามารถรองรับการหลอมรวมคาร์บอนในแกนกลางของมันได้ ดาวที่เผาไหม้ด้วยคาร์บอนมีคุณสมบัติที่แปลกใหม่ยิ่งกว่าดาวที่เผาไหม้ด้วยฮีเลียม ดาวคาร์บอนที่มีมวลเท่ากับดวงอาทิตย์จะสว่างกว่าดวงอาทิตย์ประมาณพันเท่า และพื้นผิวของมันเดือดที่ 140,000 องศาเคลวิน ตามมาตรฐานของดาว ดาวฤกษ์ดังกล่าวมีรัศมีเล็กๆ ซึ่งใหญ่กว่ารัศมีของโลกเล็กน้อย ในแกนกลางของดาวฤกษ์ อุณหภูมิเข้าใกล้พันล้านองศา และความหนาแน่นของดาวนั้นสูงกว่าความหนาแน่นของหินหนึ่งแสนเท่า เทียนที่สว่างไสวเหล่านี้มีอายุเพียงล้านปีเท่านั้น ดาวเคราะห์ข้างเคียงทุกดวงจะยังคงอยู่ในช่วงเริ่มต้นของการก่อตัวเมื่อดาวฤกษ์หมดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์และออกไป ไม่น่าเป็นไปได้ที่แม้แต่ชีวมณฑลดั้งเดิมที่สุดก็สามารถพัฒนาได้ในช่วงเวลานี้

การทำลายล้างสสารมืด

รัศมีของดาราจักรส่วนใหญ่ประกอบด้วยสสารมืด ซึ่งส่วนใหญ่เห็นได้ชัดว่ามีอยู่ในรูปของอนุภาคของสสารที่ไม่ใช่แบริออน จำได้ว่าสสารแบริออนประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนเป็นหลัก ดังนั้นมันจึงประกอบขึ้นเป็นส่วนใหญ่ของสิ่งที่เราคิดว่าเป็นเรื่องธรรมดา ดังที่เราได้พูดคุยกันในบทที่ 1 นักดาราศาสตร์สมัยใหม่เชื่อว่าส่วนใหญ่ของมวลเอกภพจะต้องเป็นเรื่องที่ไม่ใช่แบริออน ยิ่งกว่านั้น เป็นที่เชื่อกันว่าสสารที่ผิดปกติจำนวนนี้มีนัยสำคัญอยู่ในรัศมีดาราจักร

หนึ่งในผู้สมัครรับบทบาทสสารมืดได้รับการตั้งชื่อว่า โต้ตอบอนุภาคขนาดใหญ่อย่างอ่อน. อนุภาคที่ค่อนข้างแปลกเหล่านี้ซึ่งมีมวลเป็นสิบถึงหนึ่งร้อยเท่าของมวลโปรตอน โต้ตอบผ่านแรงนิวเคลียร์และแรงโน้มถ่วงที่อ่อนแอเท่านั้น พวกเขาไม่มีประจุไฟฟ้าซึ่งเป็นผลมาจากการที่พวกเขาไม่สนใจการกระทำของแรงแม่เหล็กไฟฟ้า พวกเขายังไม่ไวต่อปฏิกิริยาที่รุนแรงซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ไม่ผูกพันกันและไม่ก่อให้เกิดนิวเคลียส เนื่องจากอนุภาคเหล่านี้มีปฏิกิริยาต่อกันน้อยมาก พวกมันจึงสามารถมีชีวิตอยู่ได้เป็นเวลานานมากในบริเวณที่กระจัดกระจาย เช่น ดาราจักรรัศมี โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกเขาสามารถมีชีวิตอยู่ได้นานกว่าอายุปัจจุบันของจักรวาล อย่างไรก็ตาม หลังจากเวลาผ่านไปนานพอสมควร อนุภาคเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับสสารธรรมดา ซึ่งนำไปสู่การทำลายล้างซึ่งกันและกัน

การทำลายล้างของสสารมืดเกิดขึ้นภายใต้สองสถานการณ์ที่แตกต่างกัน ในกรณีแรก เมื่อสองอนุภาคมาบรรจบกันในรัศมีดาราจักร พวกมันสามารถโต้ตอบกันได้ ซึ่งจะนำไปสู่การทำลายล้างซึ่งกันและกันโดยตรง ในกรณีที่สอง อนุภาคจะถูกจับโดยเศษของดาวฤกษ์ เช่น ดาวแคระขาว และต่อมาทำลายล้างซึ่งกันและกันภายในแกนของดาวฤกษ์ กลไกทั้งสองนี้มีบทบาทสำคัญในอนาคตของกาแล็กซี่และจักรวาล

ในรัศมีดาราจักร อนุภาคสสารมืดมีความหนาแน่นต่ำ ประมาณหนึ่งอนุภาคต่อลูกบาศก์เซนติเมตร และมีความเร็วค่อนข้างสูง: ประมาณสองร้อยกิโลเมตรต่อวินาที เนื่องจากอนุภาคเหล่านี้สัมผัสได้ถึงพลังที่อ่อนแอเท่านั้น โอกาสในการทำลายล้างจึงต่ำมาก อย่างไรก็ตาม หลังจากยี่สิบสามทศวรรษจักรวาลวิทยา (10 23 ปี) เนื่องจากปฏิสัมพันธ์เหล่านี้ ประชากรของอนุภาคสสารมืดที่อาศัยอยู่ในรัศมีจะมีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ เมื่อทำลายล้าง อนุภาคสสารมืดมักจะทิ้งอนุภาคขนาดเล็กไว้ด้วยความเร็วเชิงสัมพัทธภาพ เร็วมากจนอนุภาคสามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงของกาแลคซีได้ ดังนั้น ผลลัพธ์สุดท้ายของกระบวนการทำลายล้างคือการปล่อยพลังงานมวลของรัศมีดาราจักรออกสู่ห้วงอวกาศ

เนื่องจากสสารมืดมีสัดส่วนมากของมวลรวมของจักรวาล ผลิตภัณฑ์จากการทำลายล้างจากการปฏิสัมพันธ์ของสสารมืดจึงเป็นส่วนสำคัญของเนื้อหาของจักรวาลในยุคต่อๆ มา โดยเฉพาะอย่างยิ่งระหว่างทศวรรษจักรวาลวิทยาที่ยี่สิบถึงสี่สิบ ผลิตภัณฑ์ที่เหลือจากเหตุการณ์การทำลายล้างโดยตรงในรัศมีดาราจักรทำให้เกิดอนุภาคที่หลากหลาย รวมทั้งโฟตอน นิวตริโน อิเล็กตรอน โพซิตรอน โปรตอน และแอนติโปรตอน

สสารมืดถูกจับโดยเศษซากของดาวฤกษ์ เช่น ดาวแคระขาว สสารมืดของรัศมีดาราจักรเป็นฉากหลังของทะเลอนุภาคที่ไหลอย่างต่อเนื่องผ่านอวกาศ อนุภาคเหล่านี้ยังทะลุผ่านวัตถุทั้งหมดในดาราจักร เช่น ดาว ดาวเคราะห์ และมนุษย์ในยุคจักรวาลวิทยาปัจจุบัน อนุภาคเหล่านี้ประมาณหนึ่งแสนล้าน (10 11) แทรกซึมคุณผู้อ่านทุกวินาที อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอนุภาคเหล่านี้โต้ตอบผ่านปฏิกิริยาที่อ่อนแอเท่านั้น และจริงๆ แล้ว มากอ่อนแอพวกมันแทรกซึมสสารทุกประเภทโดยไม่ต้องออกแรงโดยพื้นฐานแล้วไม่มีผล อย่างไรก็ตาม ในบางครั้ง อนุภาคของสสารมืดจะมีปฏิสัมพันธ์กับนิวเคลียสของอะตอมและทำให้สูญเสียพลังงานจำนวนหนึ่งไป

หากปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวเกิดขึ้นภายในดาวแคระขาว อนุภาคของสสารมืดอาจยังคงสัมพันธ์กับแรงโน้มถ่วงกับดาวฤกษ์ ในช่วงเวลาที่ยาวนาน ประชากรของอนุภาคดังกล่าวภายในวัตถุที่เป็นตัวเอกจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น เวลาที่ต้องใช้ในการจับภาพสสารมืดในระหว่างกระบวนการดังกล่าวนั้นยาวนานกว่าส่วนที่เป็นไฮโดรเจนของชีวิตของดวงดาว ซึ่งเกือบตลอดเวลานี้นำไปสู่ชีวิตของเศษดาวฤกษ์ เมื่อความเข้มข้นของอนุภาคสสารมืดในแกนดาวเพิ่มขึ้น ความน่าจะเป็นของการทำลายล้างของอนุภาคเหล่านี้จะเพิ่มขึ้น ในที่สุด ดาวฤกษ์ก็เข้าสู่สภาวะคงตัวซึ่งการทำลายล้างในส่วนที่เหลือของดาวฤกษ์เกิดขึ้นในอัตราเดียวกับที่อนุภาคถูกจับจากรัศมีของดาราจักร

กระบวนการดักจับและทำลายล้างสสารมืดทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญสำหรับดาวแคระขาวในอนาคต วัตถุที่เป็นตัวเอกเหล่านี้คือซากของดาวฤกษ์ที่ตายหลังจากปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชันเสร็จสิ้นภายในภายใน หากไม่มีแหล่งพลังงานเพิ่มเติม ดาวแคระขาวจะเย็นลงและหรี่ลงจนกว่าอุณหภูมิของพวกมันจะเท่ากับอุณหภูมิพื้นหลังของเอกภพ อย่างไรก็ตาม ต้องขอบคุณพลังงานที่พวกมันดึงออกมาจากการทำลายล้างของสสารมืด ทำให้ดาวแคระขาวสามารถแผ่พลังงานออกมาเป็นเวลานานมาก พลังการแผ่รังสีทั้งหมดของดาวแคระขาวเพียงดวงเดียวอันเนื่องมาจากกระบวนการทำลายล้างนี้มีค่าประมาณหนึ่งล้านล้าน (10 15) วัตต์ และถึงแม้ว่าพลังงานที่ไม่มีนัยสำคัญนี้จะน้อยกว่าพลังงานรังสีของดวงอาทิตย์ประมาณหนึ่งแสนล้าน (10 11) เท่า แต่ก็เป็นกลไกการผลิตพลังงานที่จะครองจักรวาลในอนาคต การผลิตพลังงานดังกล่าวสามารถดำเนินต่อไปได้ตราบเท่าที่รัศมีของกาแลคซียังคงไม่บุบสลาย - เป็นเวลาประมาณยี่สิบทศวรรษของจักรวาลวิทยา 10 20 ปี) หรือนานกว่าช่วงเวลาที่ดวงอาทิตย์จะเผาผลาญไฮโดรเจนถึงสิบพันล้านเท่า

อนุภาคสสารมืดที่จับโดยดาวแคระขาวในที่สุดจะสลายตัวเป็นรังสี ซึ่งในที่สุดจะเริ่มครอบงำสนามรังสีพื้นหลังของจักรวาล อย่างไรก็ตาม ก่อนออกจากดาวฤกษ์ การแผ่รังสีนี้จะผ่านเข้าไปในช่วงความยาวคลื่นที่ยาวกว่า และทำให้ค่าพลังงานเฉลี่ยต่ำลง โฟตอนออกจากพื้นผิวของดาวฤกษ์ที่ความยาวคลื่นลักษณะเฉพาะประมาณห้าสิบไมครอน (หนึ่งในยี่สิบมิลลิเมตร) ซึ่งมีค่าหนึ่งร้อยเท่าของความยาวคลื่นของแสงที่ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมา การแผ่รังสีนี้ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ แต่อุปกรณ์สมัยใหม่สามารถจับโฟตอนอินฟราเรดเหล่านี้ได้อย่างง่ายดาย อุณหภูมิพื้นผิวของดาวฤกษ์ต่ำ - เพียง 63 องศาเคลวิน - ต่ำกว่าอุณหภูมิของไนโตรเจนเหลว

ในยุคของประวัติศาสตร์อนาคตของจักรวาลนี้ ดาราจักรจะดูแตกต่างไปจากที่เป็นอยู่ในปัจจุบันอย่างมาก ดาราจักรในอนาคตโดยทั่วไปประกอบด้วยเศษดาวนับพันล้านดวง โดยแต่ละส่วนจะแผ่พลังงานจากการดักจับสสารมืดและกระบวนการทำลายล้าง ในเวลาเดียวกัน พลังงานรังสีทั้งหมดของดาราจักรทั้งมวลของเศษดาวดังกล่าวก็เทียบได้กับพลังงานรังสีของดวงอาทิตย์ดวงใดดวงหนึ่งของเรา กระจัดกระจายอยู่ท่ามกลางเศษซากที่ระอุเหล่านี้มีดาวฤกษ์ธรรมดาอีกประมาณร้อยดวงที่ก่อตัวขึ้นจากการชนกันของดาวแคระน้ำตาล และแม้ว่าตามมาตรฐานสมัยใหม่ ดาวเล็กๆ เหล่านี้จะส่องแสงค่อนข้างสลัว แต่ในความมืดมิดที่ไม่อาจทะลุผ่านของอนาคตได้ พวกมันจะกลายเป็นบีคอนที่แท้จริง ผลรวมของดาวฤกษ์จริงไม่กี่ดวงเหล่านี้จะส่องประกายเหนือดาวแคระขาวหลายพันล้านดวง

ชีวิตในบรรยากาศของดาวแคระขาว

แม้ว่ารูปแบบชีวิตที่เรารู้จักอาจตกอยู่ในอันตรายจากการสูญพันธุ์ แต่ความเป็นไปได้ที่น่าสนใจสำหรับชีวิตในอนาคตยังมีอยู่ในชั้นบรรยากาศของดาวแคระขาวเก่า อย่าลืมว่าการอภิปรายรูปแบบชีวิตในอนาคตย่อมนำเราไปสู่ห้วงแห่งการเก็งกำไรอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ อย่างไรก็ตาม สายการตัดสินต่อไปนี้ไม่เพียงแต่กระตุ้นความสนใจบางอย่างเท่านั้น แต่ยังอธิบายสภาวะทางกายภาพที่จะเกิดขึ้นภายในดาวแคระขาวในอนาคตอันใกล้ได้อย่างชัดเจนอีกด้วย

หลังจากการตายของดาวฤกษ์เดิม ดาวแคระขาวจะเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วจนกระทั่งจับตัวและทำลายล้างอนุภาคสสารมืดที่ตามมาจะกลายเป็นแหล่งพลังงานหลักของมัน ทันทีที่สิ่งนี้เกิดขึ้น ดาวแคระขาวจะผ่านเข้าสู่สภาวะที่เสถียรไม่มากก็น้อย ซึ่งมันจะยังคงอยู่จนกว่าสสารมืดทั้งหมดที่อยู่ในรัศมีดาราจักรจะหมดลง หรือจนกว่าตัวดาวเองจะถูกขับออกจากดาราจักรในกระบวนการของ การพักผ่อนแบบไดนามิก . ไม่ว่าในกรณีใด ดาวแคระขาวทั่วไปจะมีอายุประมาณ 20 ทศวรรษของจักรวาล (10-20 ปี) ที่ชีวิตจะพัฒนาในชั้นบรรยากาศของพวกมัน ช่วงเวลาขนาดใหญ่นี้ยาวนานกว่าเวลาที่ใช้ในการพัฒนาชีวิตบนโลกหนึ่งแสนล้านเท่า เป็นเวลานานเช่นนี้ ความเป็นไปได้ของวิวัฒนาการทางชีววิทยาบางประเภทจึงมีความเป็นไปได้สูง และอาจมีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นด้วยซ้ำ

ในบางแง่มุม สถานการณ์การมีชีวิตบนดาวแคระขาวมีความคล้ายคลึงกับชีวิตบนโลกอย่างคลุมเครือ ดาวแคระขาวมีขนาดรัศมีใกล้เคียงกับโลก เช่นเดียวกับที่รูปแบบชีวิตบนบกจำกัดอยู่ในพื้นที่ใกล้พื้นผิวโลกของเรา ดังนั้นรูปแบบชีวิตใดๆ ที่เป็นไปได้ในชั้นบรรยากาศของดาวแคระขาวก็จะอยู่ในชั้นนอกของดาวเช่นกัน ส่วนภายในดาวฤกษ์ประกอบด้วยสสารที่เสื่อมสภาพ และปฏิกิริยาเคมีจะไม่เกิดขึ้นภายในดาวฤกษ์ เคมีที่น่าสนใจสามารถเชื่อมโยงกับชั้นนอกเท่านั้น แหล่งพลังงานสำหรับดาวแคระขาวคือสนามรังสีซึ่งทำให้ชั้นผิวร้อนจากภายใน ในขณะที่โลกได้รับความร้อนจากเบื้องบน - จากดวงอาทิตย์ ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดคือสิ่งมีชีวิตบนโลกอาศัยการมีอยู่ของน้ำที่เป็นของเหลว ในขณะที่จะไม่มีน้ำที่เป็นของเหลวในบรรยากาศของดาวแคระขาว ในสภาพแวดล้อมของดาวแคระขาว สิ่งที่คาดหวังได้มากที่สุดคือการมีอยู่ของปฏิกิริยาเคมีบางประเภท

ข้อกำหนดประการแรกสำหรับการดำรงอยู่ของชีวิตคือส่วนผสมที่เหมาะสมขององค์ประกอบทางเคมี ดาวแคระขาวที่มีมวลสูงกว่าโดยธรรมชาติจะมีองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดสองประการสำหรับสิ่งมีชีวิตบนบก นั่นคือคาร์บอนและออกซิเจน ดาวแคระขาวที่เล็กที่สุดซึ่งมีมวลไม่เกินครึ่งหนึ่งของมวลดวงอาทิตย์กลับประกอบด้วยฮีเลียมเกือบหนึ่งธาตุ ฮีเลียมนั้นเฉื่อยทางเคมีโดยสิ้นเชิง ดังนั้นจึงไม่พึงปรารถนาสำหรับสิ่งแวดล้อมที่เราหวังว่าจะมีสิ่งมีชีวิตเกิดขึ้น ดังนั้นดาวแคระขาวที่ใหญ่กว่าจึงมีโอกาสสูงที่จะเป็นโฮสต์ของไบโอสเฟียร์

ในช่วงเวลาที่ยาวนาน อุณหภูมิพื้นผิวของดาวแคระขาวจะอยู่ที่ประมาณ 63 องศาเคลวิน ซึ่งใกล้เคียงกับอุณหภูมิของไนโตรเจนเหลวมาก ในก้นบึ้งของดวงดาว มันค่อนข้างร้อนขึ้นบ้าง แม้ว่าจะไม่มากก็ตาม ส่วนหลักของบริเวณชั้นในของดาวแคระขาวเต็มไปด้วยสสารเสื่อม เนื่องจากความร้อนแพร่กระจายจากบริเวณด้านในไปยังส่วนนอกได้ง่าย เนื่องจากการถ่ายเทความร้อนที่ค่อนข้างง่ายนี้ ดาวฤกษ์จึงมีอุณหภูมิเกือบคงที่ตลอดทั้งบริเวณชั้นในเกือบทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ชั้นนอกของดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้กับพื้นผิวของมัน ไม่ได้ประกอบด้วยความเสื่อมโทรม แต่เป็นสสารธรรมดา

โดยหลักการแล้ว ชั้นบนสุดของดาวฤกษ์สามารถรองรับปฏิกิริยาเคมีได้ และสามารถเข้าถึงพลังงานโฟตอนที่หลากหลายซึ่งขับเคลื่อนปฏิกิริยาเหล่านี้ การทำลายล้างของสสารมืดซึ่งเกิดขึ้นในแกนกลางของดาวฤกษ์ ทำให้เกิดการแผ่รังสีพลังงานสูง - รังสีแกมมา ซึ่งเป็นพลังงานที่มีอิเล็กตรอนถึงหลายพันล้านโวลท์ ในขณะที่การแผ่รังสีนี้ไปถึงชั้นบนของดาวฤกษ์ คลื่นของมันจะยาวขึ้น และพลังงานโฟตอนก็ลดลงตามไปด้วย บนพื้นผิวด้านนอกของดาวฤกษ์ โดยเฉลี่ยแล้วพลังงานของโฟตอนคือเศษเสี้ยวหนึ่งของอิเล็กตรอนโวลต์ ในการเปรียบเทียบ สมมติว่าในปฏิกิริยาเคมี ค่าทั่วไปของพลังงานต่ออนุภาคคืออิเล็กตรอนหลายตัว ดังนั้น ในบรรยากาศของดาวแคระขาว จะมีช่วงของพลังงานโฟตอนที่จำเป็นต่อการกระตุ้นปฏิกิริยาเคมี

แล้วพลังงานสำรองทั้งหมดของดาวดวงนั้นล่ะ? ดาวแคระขาวซึ่งมีอยู่เนื่องจากการขจัดสสารมืดให้สิ้นซาก ให้พลังงานเท่ากับประมาณ 10 15 วัตต์ พลังงานรังสีนี้มีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับความส่องสว่างของดวงอาทิตย์สมัยใหม่ แต่ค่อนข้างมากเมื่อเทียบกับพลังงานทั้งหมดที่อารยธรรมมนุษย์สร้างขึ้นทั้งหมด ในการเปรียบเทียบอื่น เราทราบว่าเศษส่วนของพลังงานแสงอาทิตย์ที่โลกรับรู้นั้นอยู่ที่ประมาณ 10 17 วัตต์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง พลังงานที่จำเป็นในการขับเคลื่อนวิวัฒนาการทางชีววิทยาในชั้นบรรยากาศของดาวแคระขาวคือ 1% ของพลังงานทั้งหมดที่มีอยู่ในชีวมณฑลของโลกในปัจจุบัน

มาลองทำการทดลองความคิดนี้ให้ดียิ่งขึ้นไปอีกโดยการประมาณความน่าจะเป็นของสิ่งมีชีวิตใดๆ ที่มีอยู่ในบรรยากาศของดาวแคระขาว ตามตัวอย่างของฟรีแมน ไดสัน สมมติว่าชีวิตอยู่ภายใต้กฎของขนาดบางประเภท ซึ่งหมายความว่าเวลาส่วนตัวที่สิ่งมีชีวิตประสบขึ้นอยู่กับอุณหภูมิที่ชีวิตทำงาน ในกรณีของอุณหภูมิที่ต่ำกว่า ชีวิตจะไหลช้าลง ดังนั้นสิ่งมีชีวิตดังกล่าวจะใช้เวลามากขึ้นในการสัมผัสกับช่วงเวลาแห่งสติจำนวนเท่าเดิม

สำหรับสิ่งมีชีวิตตามสมมุติฐานที่พัฒนาขึ้นใกล้พื้นผิวดาวแคระขาว อุณหภูมิโดยรอบควรอยู่ที่ประมาณ 63 องศาเคลวิน ซึ่งน้อยกว่าอุณหภูมิของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมประมาณห้าเท่า สมมติฐานความสอดคล้องของมาตราส่วนระบุว่าสิ่งมีชีวิตดังกล่าวต้องใช้เวลาจริง (ทางกายภาพ) ถึงห้าเท่าเพื่อสัมผัสกับ "จำนวน" ที่แท้จริงของชีวิต ดังนั้น เมื่อเทียบกับสิ่งมีชีวิตบนโลก ชีวิตในบรรยากาศดาวแคระขาวสูญเสียปัจจัยห้าเนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่ามันมีอัตราการเผาผลาญที่ต่ำกว่า และปัจจัยหนึ่งร้อยเนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่ามันมีพลังงานน้อยกว่า การสูญเสียปัจจัย 500 นี้มากกว่าเวลาที่มีอยู่ซึ่งนานกว่าหนึ่งแสนล้านเท่า เมื่อรวมการกระทำที่แข่งขันกันทั้งสองอย่างนี้ เราเชื่อว่าชีวิตในบรรยากาศแคระขาวมีความได้เปรียบเชิงตัวเลขประมาณหนึ่งร้อยล้าน แม้ว่าวิวัฒนาการของชีวิตในชั้นบรรยากาศของดาวแคระขาวจะมีประสิทธิภาพน้อยกว่าวิวัฒนาการทางชีววิทยาบนโลกถึงร้อยล้านเท่า แต่ดาวดวงนี้ยังมีเวลาและพลังงานเพียงพอที่จะก่อให้เกิดเครือข่ายรูปแบบชีวิตที่แตกต่างกันทั้งหมด ชีวมณฑลของโลกปัจจุบัน

อย่างไรก็ตาม ความเข้าใจเกี่ยวกับชีวิตและวิวัฒนาการของเรานั้นยังห่างไกลจากความสมบูรณ์ เส้นการคาดคะเนนี้ไม่ใช่การคาดการณ์ที่เข้มงวด แต่มีความเป็นไปได้ที่น่าสนใจ บรรยากาศของดาวแคระขาวมีแหล่งพลังงานที่ค่อนข้างใหญ่และใช้เวลาค่อนข้างมาก ในสภาพแวดล้อมเช่นนี้ โดยหลักการแล้ว การเกิดขึ้นของเคมีที่น่าสนใจนั้นเป็นไปได้ แม้ว่าโดยทั่วไปแล้ว เราไม่สามารถรับประกันได้ว่าเวลา พลังงาน และเคมีจะเป็นเงื่อนไขที่เพียงพอสำหรับการเกิดขึ้นของชีววิทยา อย่างไรก็ตาม ในตัวอย่างเดียวที่เรารู้จัก เคมีที่น่าสนใจนำไปสู่วิวัฒนาการของชีวิต โอกาสดังกล่าวจะเกิดขึ้นในอนาคตหรือไม่ เราไม่รู้

ชีวิตนอกบรรยากาศของดาวแคระขาว

เราสามารถจินตนาการถึงมุมมองดั้งเดิมของการดำรงอยู่ของชีวิตในอนาคต ดาวแคระขาวที่อาศัยอยู่โดยการดักจับและทำลายอนุภาคสสารมืด ให้ความสว่างจริง 10 15 วัตต์ พลังงานจำนวนมากเพียงพอนี้ปล่อยพื้นผิวของดาวฤกษ์ที่มีขนาดเท่ากับโลก หากอารยธรรมในอนาคตต้องการใช้พลังงานนี้ ดาวดวงนี้สามารถล้อมรอบดาวดวงนี้ด้วยเปลือกทรงกลมที่จะจับพลังงานที่เปล่งออกมา องค์กรดังกล่าวจะต้องมีการใช้งานการก่อสร้างในระดับดาวเคราะห์ซึ่งเป็นเป้าหมายที่มีราคาแพง แต่เป็นไปได้ค่อนข้างมากสำหรับอารยธรรมที่พัฒนาแล้ว

ในระบบดาวแคระขาวดังกล่าว พลังงานที่มีอยู่ทั้งหมดมีมากเกินกว่าพลังงานที่อารยธรรมของเราบนโลกสร้างขึ้นและบริโภคในปัจจุบัน อัตรากำลังของดาวแคระขาวนี้สามารถนำมาพิจารณาในอีกแง่หนึ่ง สมมุติว่าอารยธรรมที่อาศัยอยู่ใกล้ดาวแคระขาวมีประชากรหนึ่งพันล้านคน สมาชิกแต่ละคนในสังคมนี้จะมีสิทธิ์เข้าถึงพลังงานเต็มรูปแบบหนึ่งเมกะวัตต์ ซึ่งเพียงพอสำหรับจ่ายพลังงานให้กับเครื่องบันทึกเทปสเตอริโอหนึ่งหมื่นเครื่องที่ระดับเสียงเต็ม ยิ่งไปกว่านั้น แหล่งพลังงานดังกล่าวสามารถอยู่ได้นานถึงยี่สิบทศวรรษจักรวาลวิทยา (หนึ่งแสนล้านปี) ซึ่งยาวนานกว่าสองร้อยปีที่เราจะทำให้พลังงานสำรองของเชื้อเพลิงฟอสซิลในโลกของเราหมดสิ้นไปอย่างสิ้นเชิง

การเติบโตของหลุมดำ

ในยุคแห่งการสลายตัว หลุมดำจะขยายตัวและมีขนาดใหญ่ขึ้น พวกมันได้รับมวลจากการกลืนกินดาวและก๊าซที่เข้าใกล้ "พื้นผิว" ของหลุมดำอย่างอันตราย - ขอบฟ้าเหตุการณ์ ดังที่เราจะได้เห็นในบทต่อไป ในที่สุดหลุมดำจะต้องละทิ้งมวลมหึมาของพวกมันด้วยการแผ่รังสี แต่สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้ช้ากว่าเวลาที่ยุคแห่งการสลายตัวมาถึงและสิ้นสุดลงมาก ในระหว่างนี้ น้ำหนักขึ้นเรื่อยๆ

โดยหลักการแล้ว หลุมดำมวลมหาศาลสามารถดูดกลืนกาแลคซีทั้งหมดที่พวกมันอาศัยอยู่ กระบวนการนี้จะใช้เวลานานเท่าใด หากหลุมดำที่มีน้ำหนักหนึ่งล้านดวงอาทิตย์ เหมือนกับที่ใจกลางทางช้างเผือก สุ่มกลืนดาวฤกษ์ มันจะดูดกาแลคซีทั้งหมดของเราเข้าไปภายในเวลาประมาณ 30 ทศวรรษของจักรวาลวิทยา (หนึ่งล้านล้านล้านปี) หากหลุมดำเริ่มแรกมีมวลมากกว่ามาก เช่น หนึ่งพันล้านดวงอาทิตย์ มันจะสามารถทำลายกาแล็กซีได้ภายในระยะเวลาที่สั้นกว่ามาก - ประมาณยี่สิบสี่ทศวรรษของจักรวาลวิทยา อย่างไรก็ตาม ช่วงเวลาทั้งสองนี้ยาวนานกว่าอายุขัยของดาราจักรที่ประมาณการไว้มาก ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว ดาวฤกษ์ที่ก่อตัวกาแลคซีจะระเหยกลายเป็นอวกาศระหว่างดาราจักรหลังจากผ่านไปเพียงยี่สิบทศวรรษของจักรวาลวิทยา ด้วยเหตุนี้ ดาวฤกษ์ส่วนใหญ่จะสามารถหลบหนี "ความโกรธ" ของหลุมดำได้ แต่บางดวงก็ยังตายในลักษณะนี้

อย่างไรก็ตาม ทั้งหลุมดำและดาวฤกษ์บางส่วนยังคงมีอยู่แม้หลังจากการหายตัวไปของกาแลคซี่ อีก 20 ทศวรรษทางจักรวาลวิทยา หลุมดำและเศษดาวฤกษ์อยู่ในกลุ่มซุปเปอร์คลัสเตอร์ ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดรองลงมาในลำดับชั้นที่ดาราจักรเคยอยู่ โครงสร้างที่ใหญ่กว่านี้ยังคงถูกดึงดูดด้วยแรงโน้มถ่วงและมีลักษณะเหมือนดาราจักรยักษ์ หลุมดำ อย่างน้อยหนึ่งหลุมต่อดาราจักรในอดีตที่เป็นกระจุกดาราจักรที่กำหนด จะเดินผ่านกระจุกนี้ กินดาวและสสารอื่นๆ ที่พวกมันพบ ดังนั้นหลุมดำจึงใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ

ในกรณีที่ไม่มีการต่อต้านผลกระทบทางกายภาพ กระบวนการไดนามิกของการระเหยของดาว การแผ่รังสีความโน้มถ่วง (ดูบทที่ 4) และการดูดกลืนดาวโดยหลุมดำจะยังคงดำเนินต่อไปในอวกาศที่ใหญ่ขึ้นและด้วยเหตุนี้ มาตราส่วนชั่วขณะ การสิ้นสุดของลำดับชั้นนี้ต้องมาพร้อมกับการสิ้นสุดของยุคแห่งการสลายตัว

เศษของดาวฤกษ์และทุกสิ่งที่เราพิจารณาว่าเป็นสสารธรรมดานั้นเกิดจากโปรตอน และหลังจากช่วงเวลาอันยาวนาน ธรรมชาติของโปรตอนเดียวกันเหล่านี้จะเปลี่ยนไปจนจำไม่ได้

การสลายตัวของโปรตอน

ความประหลาดใจอย่างหนึ่งที่เรานำเสนอโดยฟิสิกส์ของอนุภาคในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 คือโปรตอนไม่ปรากฏเป็นนิรันดร์ โปรตอนถือว่าเป็นอนุภาคที่มีความเสถียรและมีอายุยืนยาวอย่างไม่สิ้นสุดเป็นเวลานาน เนื่องจากปรากฏว่าหลังจากเวลาผ่านไปนานพอสมควร สามารถสลายตัวเป็นอนุภาคขนาดเล็กลงได้ อันที่จริง โปรตอนมีกัมมันตภาพรังสีชนิดแปลกใหม่ พวกมันปล่อยอนุภาคขนาดเล็กและกลายเป็นสิ่งใหม่ กระบวนการสลายนี้จะใช้เวลานานอย่างเหลือเชื่อ ยาวนานกว่ายุคปัจจุบันของเอกภพ ยาวนานกว่าอายุขัยของดวงดาว และยาวนานกว่าอายุของดาราจักรมาก อย่างไรก็ตาม เมื่อเทียบกับชั่วนิรันดร์ โปรตอนจะหายไปในไม่ช้า

เป็นไปได้อย่างไร? เราคุ้นเคยกับโพซิตรอนแล้ว ซึ่งเป็นพันธมิตรต้านวัสดุของอิเล็กตรอนที่คุ้นเคยมากกว่า ซึ่งมีประจุบวก สันนิษฐานได้ว่าเป็นผลมาจากการสลายตัวของโปรตอน โพซิตรอนควรปรากฏขึ้นและพลังงานบางอย่างควรถูกปล่อยออกมาเพิ่มเติม เนื่องจากมวลของโปรตอนนั้นมากกว่ามวลของโพซิตรอนเกือบสองพันเท่า ดังนั้นโพซิตรอนจึงเป็นสถานะพลังงานที่ต่ำกว่า หลักการทางกายภาพพื้นฐานประการหนึ่งคือระบบทั้งหมดมีวิวัฒนาการไปสู่สถานะพลังงานที่ต่ำกว่า น้ำไหลลงเขา อะตอมที่ตื่นเต้นเปล่งแสงออกมา นิวเคลียสของแสง เช่น ไฮโดรเจน จะถูกหลอมรวมเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า ตั้งแต่ฮีเลียมไปจนถึงธาตุเหล็ก เนื่องจากนิวเคลียสที่ใหญ่กว่าจะมีพลังงานต่ำกว่า (ต่ออนุภาค) นิวเคลียสขนาดใหญ่เช่นยูเรเนียมมีกัมมันตภาพรังสีและสลายตัวเป็นนิวเคลียสพลังงานที่เล็กกว่าและมีพลังงานต่ำกว่า เหตุใดโปรตอนจึงไม่สลายตัวเป็นโพซิตรอนหรืออนุภาคขนาดเล็กอื่นๆ

ในระดับพื้นฐานที่สุด ทฤษฎีทางกายภาพจำนวนมากมีกฎโดยธรรมชาติที่ห้ามการสลายตัวของโปรตอน แม้ว่าการสลายตัวนี้อาจทำให้ตกอยู่ในสภาพพลังงานที่ต่ำกว่า โดยสังเขป กฎข้อนี้สามารถกำหนดได้ดังนี้ หมายเลขแบริออนจะถูกอนุรักษ์ไว้เสมอ โปรตอนและนิวตรอนประกอบด้วยสสารธรรมดา ซึ่งเราเรียกว่าแบริออน โปรตอนหรือนิวตรอนแต่ละตัวมีเลขแบริออนหนึ่งหน่วย อนุภาคเช่นอิเล็กตรอนและโพซิตรอนมีจำนวนแบริออนเป็นศูนย์ เช่นเดียวกับโฟตอนอนุภาคของแสง ดังนั้น หากโปรตอนสลายตัวเป็นโพซิตรอน ก็จะสูญเสียจำนวนแบริออนในกระบวนการนี้

อย่างไรก็ตาม มีช่องโหว่ในทฤษฎีอนุภาครุ่นใหม่กว่า กฎหมายห้ามการสลายตัวของโปรตอนบางครั้งอาจถูกละเมิด แต่บางครั้งเท่านั้น ในทางปฏิบัติ ออกซิโมรอนที่ดูเหมือนนี้หมายความว่าโปรตอนจะสลายตัวหลังจากเวลาผ่านไปนานมาก ยาวนานกว่ายุคปัจจุบันของจักรวาลมาก

การสลายตัวของโปรตอนสามารถดำเนินไปได้หลายทาง อันเป็นผลมาจากการที่ผลิตภัณฑ์ต่างๆ ของการสลายตัวนี้สามารถหามาได้ ตัวอย่างทั่วไปดังแสดงในรูปที่ 16 ในกรณีนี้ โปรตอนสลายตัวเป็นโพซิตรอนและไพออนที่เป็นกลาง ซึ่งจะสลายตัวเป็นโฟตอน (การแผ่รังสี) ในเวลาต่อมา นอกจากนี้ยังสามารถย่อยสลายได้หลายวิธี เรายังไม่ทราบถึงความหลากหลายของผลิตภัณฑ์จากการเสื่อมสลายนี้และจำนวนประชากร

ข้าว. 16. นี่เป็นหนึ่งในวิธีที่เป็นไปได้ของการสลายตัวของโปรตอน ในกรณีนี้ ผลสุดท้ายของการสลายตัวของโปรตอนคือโพซิตรอน (ปฏิปักษ์ของอิเล็กตรอน) และไพออนที่เป็นกลาง ไพออนมีความไม่เสถียรอย่างยิ่งและเปลี่ยนเป็นรังสีอย่างรวดเร็ว (เช่น สลายตัวเป็นโฟตอน) หากการสลายตัวดังกล่าวเกิดขึ้นในตัวกลางที่มีความหนาแน่นสูง เช่น ดาวแคระขาว โพซิตรอนจะทำลายล้างด้วยอิเล็กตรอนอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดโฟตอนพลังงานสูงอีกสองโฟตอน

ผู้อ่านอาจถามว่าทำไม อันที่จริง เรากำลังพูดถึงการสลายตัวของโปรตอน ไม่ใช่นิวตรอน ความจริงก็คือนิวตรอนภายในนิวเคลียสจะสลายตัวหลังจากช่วงเวลาเดียวกัน นิวตรอนอิสระอยู่ได้ไม่นาน นิวตรอนที่ปล่อยไว้สำหรับตัวมันเอง จะสลายตัวเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และแอนตินิวตริโนในเวลาประมาณสิบนาที วิธีการสลายตัวนี้ไม่ได้รับอนุญาตสำหรับนิวตรอนที่จับกับนิวเคลียสของอะตอม นิวตรอนที่ถูกผูกไว้สามารถอยู่รอดได้ในวิถีการสลายตัวในระยะยาวเท่านั้น คล้ายกับวิถีการสลายตัวของโปรตอน

ฟิสิกส์สมัยใหม่ไม่ได้ให้คำจำกัดความที่แน่นอนของอายุขัยเฉลี่ยของโปรตอน รุ่นที่ง่ายที่สุดของทฤษฎีนี้คาดการณ์ว่าโปรตอนจะสลายตัวในเวลาประมาณสามสิบทศวรรษจักรวาลวิทยา (10 30 ปีหรือสี่พันล้านล้านล้านปี) อย่างไรก็ตาม การทำนายง่ายๆ นี้ได้ถูกหักล้างโดยการทดลองที่แสดงให้เห็นว่าอายุขัยของโปรตอนต้องเกินสามสิบสองทศวรรษของจักรวาลวิทยา ทำนายการสลายตัวของโปรตอน ทฤษฎีการรวมตัวที่ยิ่งใหญ่- ทฤษฎีที่รวมปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งอ่อนแอและแม่เหล็กไฟฟ้า ทฤษฎีเหล่านี้เกี่ยวข้องกับพลังงานที่สูงอย่างไม่น่าเชื่อที่มีอยู่ในจักรวาลของเราในช่วงเวลาแรกหลังจากบิกแบงเท่านั้น พลังงานของเครื่องเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุดนั้นน้อยกว่าที่จำเป็นในการศึกษาระบอบการปกครองทางกายภาพที่น่าสนใจนี้หลายพันล้านเท่า เป็นผลให้นักฟิสิกส์ยังไม่มีรุ่นสุดท้ายของทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ ขณะนี้มีการสำรวจความเป็นไปได้หลายอย่าง ซึ่งทั้งหมดนี้ให้การคาดการณ์ที่แตกต่างกันเกี่ยวกับอายุขัยของโปรตอน

เนื่องจากเอกภพมีอายุเพียงหมื่นล้านปี แนวคิดในการทดลองวัดเวลาในสี่พันล้านล้านปี (สามสิบทศวรรษจักรวาลวิทยา) ดูเหมือนจะไม่สมจริง อย่างไรก็ตาม หากมีแนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับกระบวนการสลายกัมมันตภาพรังสี แนวคิดพื้นฐานก็จะชัดเจน อนุภาคทั้งหมดในกรณีนี้คือโปรตอนไม่ได้อยู่ในช่วงเวลาหนึ่งหลังจากนั้นจะสลายตัวไปพร้อม ๆ กัน ในทางกลับกัน มีความเป็นไปได้ที่อนุภาคจะสลายตัวเป็น ตลอดเวลา. เนื่องจากความน่าจะเป็นของการสลายตัวนั้นน้อยมาก อนุภาคส่วนใหญ่จะมีชีวิตอยู่จนถึงอายุมาก อายุการใช้งานของอนุภาคคือ เวลาเฉลี่ยที่อนุภาคมีชีวิตอยู่และไม่มีทาง จริงเวลาของแต่ละคน จะมีอนุภาคที่ผุกร่อนก่อนเสมอ และการตายของทารกชนิดนี้ในหมู่อนุภาคสามารถวัดได้จากการสังเกต

ในการตรวจจับกระบวนการสลายตัว คุณจำเป็นต้อง จำนวนมากของอนุภาค เพื่อความชัดเจน สมมติว่าเราต้องการวัดการสลายตัวของโปรตอนที่มีอายุการใช้งานประมาณ 1,032 ปี หากเราใช้ถังขนาดใหญ่ที่มีโปรตอน 10 32 ตัว (อาจเป็นสระขนาดเล็กยาวยี่สิบเมตร กว้างห้าเมตรและลึกสองอัน) จากนั้นประมาณหนึ่งโปรตอนต่อปีจะสลายตัวภายในอุปกรณ์ทดลองนี้ หากเราสามารถสร้างเครื่องมือที่มีความละเอียดอ่อนซึ่งจะทำให้เราสามารถบันทึกการเสื่อมสลายแต่ละครั้งได้ เราจะต้องรอเพียงไม่กี่ปี หลังจากนั้นจึงจะถือว่าการวัดของเราเสร็จสมบูรณ์ ในทางปฏิบัติ การวัดเหล่านี้เกี่ยวข้องกับปัญหาการทดลองที่ค่อนข้างซับซ้อนกว่าเล็กน้อย แต่แนวคิดพื้นฐานค่อนข้างชัดเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เพื่อค้นหาคำตอบสำหรับคำถามที่เราตั้งไว้ ไม่จำเป็นต้องรอ 10 32 ปีเลย การทดลองประเภทนี้ได้แสดงให้เห็นแล้วว่าอายุขัยของโปรตอนเกิน 10 32 ปี ปัจจุบันมีการทดลองตรวจหาการสลายตัวของโปรตอนต่อไป

การสลายตัวของโปรตอนสามารถทำนายได้ในแง่ทั่วไป ในเอกภพยุคแรก กระบวนการบางอย่างที่ละเมิดเลขแบริออนได้สร้างเรื่องที่เราสังเกตเห็นในจักรวาลสมัยใหม่ จำได้ว่าสสารส่วนเกินเล็กน้อยเหนือปฏิสสารก่อตัวขึ้นในไมโครวินาทีแรกของประวัติศาสตร์จักรวาล ปริมาณของสสารในจักรวาลสามารถเกินปริมาณของปฏิสสารได้ก็ต่อเมื่อเป็นผลมาจากกระบวนการทางกายภาพบางอย่างทำให้เกิดจำนวนแบริออนเพิ่มเติม แต่ถ้ากระบวนการดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างที่มีการละเมิดกฎการอนุรักษ์จำนวนแบริออน โปรตอนก็จะถึงแก่ความตาย จากนั้นการสลายตัวของโปรตอนก็เป็นเพียงเรื่องของเวลาเท่านั้น

เส้นทางการสลายตัวของโปรตอนที่เป็นไปได้ที่กล่าวถึงจนถึงขณะนี้ยังไม่รวมถึงแรงที่สี่ของธรรมชาติคือแรงโน้มถ่วง ในขณะเดียวกันก็เป็นแรงโน้มถ่วงที่ควบคุมกลไกเพิ่มเติมของการสลายตัวของโปรตอน อันที่จริง โปรตอนไม่ใช่อนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ มันประกอบด้วยอนุภาคสามองค์ประกอบ ซึ่งเรียกว่าควาร์ก ควาร์กในโปรตอนไม่ได้หยุดนิ่ง: พวกมันอยู่ในสภาวะตื่นเต้นตลอดเวลา แม้ว่าจะหายากมาก แต่ก็ยังสามารถครอบครองตำแหน่งเดียวกันในโปรตอนได้ เมื่อเกิดการบรรจบกันนี้ หากควาร์กอยู่ใกล้กันมากพอ พวกมันก็สามารถรวมตัวเป็นหลุมดำขนาดจิ๋วได้ ค่าประมาณของเวลาเฉลี่ยที่โปรตอนจะใช้ในการเจาะเข้าไปในหลุมดำขนาดเล็กนั้นแตกต่างกันอย่างมาก ตั้งแต่สี่สิบห้าถึงหนึ่งร้อยหกสิบเก้าทศวรรษของจักรวาลวิทยา โดยให้ความพึงพอใจกับจุดสิ้นสุดที่เล็กกว่าของช่วงนี้ จำเป็นต้องพูด กระบวนการนี้ยังไม่ได้รับการศึกษาดีพอ อันเป็นผลมาจากอายุขัยของโปรตอนที่สอดคล้องกับกระบวนการนี้สามารถระบุได้ด้วยการประมาณคร่าวๆ เท่านั้น แต่ถ้าโปรตอนสลายไปก่อนหน้านี้ พวกมันถูกกำหนดให้หายไปในระหว่างกระบวนการนี้ - ตายจากแรงโน้มถ่วง

ดังที่เราจะอธิบายในบทต่อไป หลุมดำก็ไม่คงอยู่ตลอดไปเช่นกัน ยิ่งกว่านั้นหลุมดำขนาดเล็กอาศัยอยู่น้อยกว่าหลุมดำขนาดใหญ่มาก หลังจากการเปลี่ยนแปลงอย่างอิสระของโปรตอนเป็นหลุมดำ มันจะระเหยไปเกือบจะในทันที โดยเหลือโพซิตรอนไว้ ดังนั้นโปรตอนจึงทำหน้าที่เป็นสนามรบอีกสนามหนึ่งของแรงโน้มถ่วงและอุณหพลศาสตร์ เนื่องจากการกระทำของแรงโน้มถ่วงอย่างไม่หยุดยั้งไม่ช้าก็เร็วมันสามารถกระตุ้นการตายของโปรตอนและการก่อตัวของหลุมดำขนาดเล็ก แต่ชัยชนะของแรงโน้มถ่วงที่เห็นได้ชัดนี้มีอายุสั้น หลุมดำระเหยทันทีที่ปรากฏ พลังงานมวลของโปรตอนส่วนใหญ่เข้าสู่การแผ่รังสี เอนโทรปีถูกปล่อยสู่จักรวาล และอุณหพลศาสตร์เฉลิมฉลองชัยชนะครั้งสุดท้าย

มีกลไกอื่นที่แปลกใหม่กว่าสำหรับการสลายตัวของโปรตอน การกำหนดค่าสูญญากาศของพื้นที่ว่างสามารถมีได้มากกว่าหนึ่งสถานะ โดยหลักการแล้ว สูญญากาศสามารถเปลี่ยนการกำหนดค่าได้เองตามธรรมชาติในระหว่างกระบวนการอุโมงค์ทางกลควอนตัม เนื่องจากสุญญากาศเปลี่ยนสถานะจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในจำนวนแบริออน พวกมันจึงสามารถทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นการสลายตัวของโปรตอนได้ อย่างไรก็ตาม ทรานซิชันดังกล่าวถูกระงับไว้อย่างมาก เนื่องจากต้องใช้เวลาอย่างมาก ในกรณีที่ไม่มีเส้นทางการสลายตัวที่เร็วขึ้น โปรตอนจะถูกทำลายโดยกลไกนี้ในทศวรรษจักรวาลวิทยาที่ 140 ถึง 150

ชะตากรรมของสารตกค้างที่เสื่อมโทรม

บทสุดท้ายของวิวัฒนาการดาวเผยให้เห็นตัวเองในการสลายตัวของโปรตอน แม้ว่าอายุขัยที่แท้จริงของโปรตอนจะไม่ได้วัดโดยเชิงประจักษ์ แต่ในหนังสือเล่มนี้ เราถือว่าอายุขัยโดยทั่วไปของโปรตอนคือ 37 ทศวรรษของจักรวาลวิทยา (สิบล้านล้านล้านล้านล้านปี) เมื่อโปรตอนสลายตัวภายในดาวฤกษ์ เช่น ภายในดาวแคระขาว พลังงานที่ได้จะเติมพลังงานสำรองของดาวนั้น ผลิตภัณฑ์ที่พบบ่อยที่สุดของการสลายตัวนี้คือโพซิตรอนและไพออน โดยที่ตัวหลังสลายตัวอย่างรวดเร็วเป็นรังสีแกมมาพลังงานสูง โพซิตรอนจะพบอิเล็กตรอนอย่างรวดเร็ว และอนุภาคทั้งสองจะทำลายล้าง ทำให้เกิดโฟตอนรังสีแกมมาพลังงานสูงอีกสองโฟตอน ในที่สุด มวลส่วนที่เหลือโปรตอนกลายเป็นรังสีแกมมาซึ่งทำให้ดาวร้อนขึ้น ดังนั้น โปรตอนที่สลายตัวทำให้ดาวมีแหล่งพลังงานภายใน แต่ราคาของมันสูงอย่างไม่น่าเชื่อ: เพื่อที่จะสร้างความร้อนและแสง ดาวฤกษ์จะต้องละทิ้งมวลส่วนที่เหลือของมันเอง

ดาวแคระขาวที่เกิดจากการสลายตัวของโปรตอนมีความส่องสว่างประมาณสี่ร้อยวัตต์ ซึ่งแทบจะไม่เพียงพอที่จะทำให้หลอดไฟสองสามดวงสว่างไสว ความส่องสว่างของดาราจักรทั้งมวลของดาวดังกล่าวนั้นน้อยกว่าความส่องสว่างของดวงอาทิตย์ของเราสิบล้านล้านเท่า แม้ว่าเราจะรวมพลังการแผ่รังสีของดาวทุกดวงในกาแลคซีทั้งหมดที่ตกอยู่ภายในขอบฟ้าจักรวาลวิทยาของเราเข้าไปด้วย ความส่องสว่างที่ได้จะยังคงน้อยกว่าความส่องสว่างของดวงอาทิตย์ของเราร้อยเท่า ใช่ อนาคตเช่นนี้แทบจะเรียกได้ว่าไม่สดใสเลย

การแผ่รังสีภายในดาวแคระขาวจะกระเจิงหลายครั้งก่อนถึงพื้นผิวดาว ในยุคอนาคตนี้ อุณหภูมิพื้นผิวของดาวแคระขาวจะอยู่ที่ 0.06 องศาเคลวินเท่านั้น ซึ่งเย็นกว่าดวงอาทิตย์ประมาณหนึ่งแสนเท่า ดังนั้นหลอดไฟสี่ร้อยวัตต์เหล่านี้จึงไม่น่าจะพอดีกับเดสก์ท็อป พวกมันปล่อยรังสีที่มีความยาวคลื่นลักษณะเฉพาะคือห้าเซนติเมตร - ยาวกว่าความยาวคลื่นที่ตามนุษย์สามารถตรวจจับได้ประมาณห้าหมื่นเท่า

ในช่วงวิวัฒนาการของการสลายตัวของโปรตอน องค์ประกอบทางเคมีของดาวแคระขาวเปลี่ยนแปลงไปจนจำไม่ได้ สมมติว่าเราเริ่มต้นด้วยดาวคาร์บอนบริสุทธิ์ นิวเคลียสของคาร์บอนแต่ละอันประกอบด้วยโปรตอนหกตัวและนิวตรอนหกตัว เมื่อโปรตอนและนิวตรอนสลายตัว นิวเคลียสจะเล็กลงและมีอนุภาคน้อยลง ในระหว่างกระบวนการนี้ นิวเคลียสของคาร์บอนเดิมจะลดลงเหลืออนุภาคเดียว และดาวฤกษ์จะสิ้นสุดวงจรชีวิตของมันในรูปของไฮโดรเจนบริสุทธิ์

นี้ ภาพง่ายๆซับซ้อนสองสิ่ง อย่างแรก การแผ่รังสีพลังงานสูงที่ปล่อยออกมาจากการสลายตัวของโปรตอนสามารถปลดปล่อยโปรตอนและนิวตรอนอื่นๆ ออกจากนิวเคลียสได้ อนุภาคที่ถูกปลดปล่อยเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะละทิ้งอิสรภาพที่เพิ่งค้นพบและรวมเข้ากับนิวเคลียสอื่น โดยเฉลี่ย การสลายตัวของโปรตอนแต่ละครั้งจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของโปรตอนหรือนิวตรอนเพิ่มเติมหนึ่งครั้งจากนิวเคลียสหนึ่งไปยังอีกนิวเคลียส ดังนั้นเราจึงได้ก้าวกระโดดนิวเคลียร์ชนิดหนึ่ง

ปัญหาที่สองคือการหลอมรวมเย็น แม้ที่อุณหภูมิต่ำ ในกรณีนี้ต่ำกว่าศูนย์สัมบูรณ์ไม่เกินหนึ่งองศา บางครั้งนิวเคลียสก็สามารถสังเคราะห์ได้เนื่องจากหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก เนื่องจากธรรมชาติของคลื่นของอนุภาค จึงไม่สามารถระบุตำแหน่งที่แน่นอนของตำแหน่งของอนุภาคได้ เป็นผลให้บางครั้งนิวเคลียสทั้งสองอยู่ใกล้กันมากพอที่จะสังเคราะห์นิวเคลียสที่หนักกว่า ในส่วนลึกของดาวแคระขาวซึ่งมีความหนาแน่นมากกว่าโลกถึงล้านเท่า การหลอมไฮโดรเจนแบบเย็นใช้เวลาเพียงแสนปี และคาร์บอน - ประมาณสองร้อยทศวรรษของจักรวาลวิทยา (10,200 ปี) ดังนั้นดาวแคระขาวจึงมีแนวโน้มที่จะรักษาองค์ประกอบของฮีเลียมไว้ อย่างไรก็ตาม ช่วงเวลาที่กำหนดนั้นใหญ่มากจนการหลอมรวมเย็นไม่ได้ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการวิวัฒนาการของดาวแคระขาวในช่วงการสลายตัวของโปรตอน ซึ่งจะเกิดขึ้นในอีก 10 37 ปี เป็นที่ชัดเจนว่าเหตุใดการหลอมเย็นจึงไม่มีบทบาทที่น่าสนใจในจักรวาลสมัยใหม่

ในขณะที่ดาวแคระขาวยังคงสูญเสียมวลต่อไปในระหว่างการสลายตัวของโปรตอน โครงสร้างของดาวแคระขาวก็มีการเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากลักษณะที่ไร้เหตุผลของสสารเสื่อมคุณภาพ ขนาดรัศมีของดาวแคระขาวจะเพิ่มขึ้นเมื่อมวลของมันลดลง เมื่อดาวฤกษ์ขยายตัว ความหนาแน่นของดาวก็จะลดลงและสสารก็หยุดเสื่อมสภาพในที่สุด การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นเมื่อมวลของดาวฤกษ์ลดลงเป็นมวลของดาวพฤหัสบดี ซึ่งน้อยกว่ามวลของดวงอาทิตย์ประมาณพันเท่า ในขั้นของวิวัฒนาการนี้ ดาวฤกษ์มีความหนาแน่นของน้ำและมีรัศมีน้อยกว่าดวงอาทิตย์ถึงสิบเท่า ดาวฤกษ์ถูกสร้างขึ้นจากมวลของอะตอมไฮโดรเจนที่กลายเป็นน้ำแข็ง: ลูกบอลไฮโดรเจนน้ำแข็งขนาดมหึมา

หลังจากการหายตัวไปของสภาวะเสื่อมโทรม ดาวแคระขาวที่เป็นผลึกยังคงลดลงจนมีขนาดเล็กมากจนไม่สามารถทำหน้าที่เป็นดาวได้อีกต่อไป การเปลี่ยนแปลงขั้นสุดท้ายนี้จะกลายเป็นจุดสิ้นสุดของวิวัฒนาการของดวงดาว ดาวฤกษ์ตายอย่างแท้จริงเมื่อโปร่งใส เมื่อการแผ่รังสีภายในดาวฤกษ์สามารถแยกตัวออกจากดาวได้อย่างอิสระโดยไม่กระจัดกระจาย ณ จุดหักเหนี้ มวลของดาวฤกษ์มีเพียง 10 24 กรัม ซึ่งน้อยกว่ามวลโลกประมาณหกพันเท่า

ดังนั้น ดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ในระยะสุดท้ายของวิวัฒนาการถูกกำหนดให้กลายเป็นก้อนไฮโดรเจน ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าดวงจันทร์ประมาณเจ็ดสิบเท่า เมื่อกระบวนการสลายโปรตอนสิ้นสุดลง ก้อนนี้ก็ยังคงระเหยต่อไป ดังนั้นชะตากรรมสุดท้ายของดาวแคระขาวจึงชัดเจน ไม่มีอะไรเหลืออยู่เลย พลังงานทั้งหมดของดาวฤกษ์ทั้งหมดจะแผ่กระจายสู่อวกาศระหว่างดวงดาว เป็นอีกครั้งที่เทอร์โมไดนามิกส์ชนะแรงโน้มถ่วงในที่สุด

ดาวนิวตรอนซึ่งเป็นลูกพี่ลูกน้องที่หายากและหนาแน่นของดาวแคระขาวก็ระเหยไปในลักษณะเดียวกัน การสลายตัวของโปรตอนทำให้ดาวนิวตรอนมีความส่องสว่างทั้งหมดเท่ากัน: ประมาณสี่ร้อยวัตต์ ดาวนิวตรอนมีขนาดเล็กกว่าดาวแคระขาวมาก ดังนั้น เพื่อให้มีพลังงานรังสีเท่ากัน พื้นผิวของดาวเหล่านี้จะต้องร้อนขึ้น: ประมาณสามองศาเคลวินในกรณีของดาวนิวตรอนทั่วไป อุณหภูมิประมาณนี้มีรังสีสะท้อนสมัยใหม่ ซึ่งกำหนดอุณหภูมิต่ำสุดที่มีอยู่ในจักรวาลในปัจจุบัน ในช่วงทศวรรษที่ 37 ถึง 39 ของจักรวาลวิทยา ดาวนิวตรอนที่เปล่งแสงจาง ๆ ที่อุณหภูมิ 3 องศาเคลวินจะเป็นหนึ่งในวัตถุที่ร้อนแรงที่สุดในจักรวาล

อย่างไรก็ตาม ในช่วงสุดท้ายของชีวิต ดาวนิวตรอนค่อนข้างแตกต่างจากดาวแคระขาว เมื่อดาวนิวตรอนสูญเสียมวลในกระบวนการสลายโปรตอน มันจะมีความหนาแน่นน้อยลงและในที่สุด ความเสื่อมของนิวตรอนก็หายไป ทันทีที่นิวตรอนหยุดเสื่อมสภาพ พวกมันจะถูกแปลงเป็นโปรตอน อิเล็กตรอน และแอนตินิวตริโน การเปลี่ยนแปลงนี้เกิดขึ้นเมื่อมวลของดาวฤกษ์ตกลงมาต่ำกว่าหนึ่งในสิบของมวลดวงอาทิตย์ และมีรัศมีประมาณหนึ่งร้อยหกสิบสี่กิโลเมตร ในขั้นตอนนี้ ความหนาแน่นยังคงสูงพอที่อิเล็กตรอนจะยังคงเสื่อมสลาย และดาวฤกษ์นั้นมีลักษณะคล้ายกับดาวแคระขาวอย่างใกล้ชิด วัตถุที่เป็นดาวฤกษ์ที่เหลือ เช่น ดาวแคระขาว ยังคงสูญเสียมวลต่อไปเนื่องจากโปรตอนสลายตัวมากขึ้นเรื่อยๆ จนกว่าความเสื่อมของอิเล็กตรอนจะหายไป นั่นคือเมื่อวัตถุของเรากลายเป็นก้อนไฮโดรเจนน้ำแข็งซึ่งมีมวลไม่เกินหนึ่งในพันของมวลดวงอาทิตย์ จากนั้นโปรตอนในผลึกตาข่ายสลายตัว ซึ่งในที่สุด นำไปสู่การระเหยอย่างสมบูรณ์ของดาวฤกษ์ และการแปรสภาพเป็นรังสีและอนุภาคขนาดเล็ก ในท้ายที่สุด ไม่มีดาวนิวตรอนเหลืออยู่เลย

ชะตากรรมระยะยาวของดาวเคราะห์มีประวัติที่คล้ายคลึงกัน ดาวเคราะห์ยังประกอบด้วยโปรตอนเป็นหลัก ซึ่งสลายตัว ทำให้ดาวเคราะห์ระเหยกลายเป็นรังสี เมื่อถึงเวลาที่ดาวเคราะห์ที่เหลือเริ่มยุบตัวในกระบวนการสลายโปรตอน พวกมันจะถูกฉีกออกจากดาวฤกษ์แม่ของพวกมันมานานแล้ว และจะเดินทางเพียงลำพังผ่านอวกาศอันกว้างใหญ่ไพศาล ในขณะที่ดาวเคราะห์ค่อยๆ สลายตัว พวกมันสร้างพลังงานค่อนข้างน้อย: เพียงหนึ่งมิลลิวัตต์ในกรณีของดาวเคราะห์คล้ายโลก และถึงแม้ว่าในตอนแรกดาวเคราะห์จะมีธาตุที่หนักกว่าดาวฤกษ์ แต่ในเวลาที่เหมาะสมพวกมันก็จะกลายเป็นไฮโดรเจนที่ถูกแช่แข็งด้วย แม้แต่ดาวเคราะห์ที่ประกอบด้วยธาตุเหล็กบริสุทธิ์ก็ยังพังทลายลงในช่วงทศวรรษจักรวาลวิทยาที่สามสิบแปด - หลังจากครึ่งชีวิตของโปรตอนประมาณหกตัว ในช่วงทศวรรษจักรวาลวิทยาที่สามสิบเก้า ดาวเคราะห์วิวัฒนาการจากกลุ่มผลึกไฮโดรเจนเล็กๆ ไปสู่สภาวะที่ถูกทำลายอย่างสมบูรณ์

ภายในทศวรรษจักรวาลวิทยาที่สี่สิบ โปรตอนเกือบทั้งหมดในจักรวาลจะสลายตัว และเศษดาวที่เสื่อมโทรมจะหายไป เศษดาวฤกษ์ที่ดูเหมือนแข็งและทำลายไม่ได้เหล่านี้จะถูกแทนที่ด้วยทะเลแห่งรังสีที่กระจัดกระจาย ซึ่งประกอบด้วยโปรตอนและนิวตริโนเป็นส่วนใหญ่ที่มีส่วนผสมของโพซิตรอนและอิเล็กตรอนเล็กน้อย จักรวาลจะใช้ตัวละครใหม่ ในบางครั้ง ในพื้นที่ขนาดมหึมาของความรกร้างอันน่าประหลาดใจ มีพื้นที่อันเงียบสงบของกาลอวกาศที่โค้งมาก ซึ่งเรียกว่าหลุมดำ ในตอนท้ายของยุคการสลายตัว หลุมดำที่มีมวลดวงอาทิตย์ตั้งแต่หนึ่งถึงหลายพันล้านดวงพยายามอย่างดื้อรั้นเพื่อเข้าสู่ยุคต่อไป

หมายเหตุ:

การรวมกันของคำที่ตรงกันข้าม - ประมาณ. แปล

เมื่อไฮโดรเจนฟิวชันไม่ใช่แหล่งพลังงานดาวฤกษ์อีกต่อไป ดาวฤกษ์สามารถดำรงอยู่เป็นวัตถุขนาดใหญ่ได้ในช่วงเวลาพิเศษที่ค่อนข้างสั้นเท่านั้น พลังงานที่ได้จากการหลอมฮีเลียมให้เป็นนิวเคลียสที่หนักกว่า และจากฮีเลียมไปเป็นนิวเคลียสที่หนักกว่านั้น จะรวมกันได้ไม่เกินร้อยละ 5 ของพลังงานที่ได้จากการหลอมไฮโดรเจน ความสามารถของดาวยักษ์แดงที่จะคงการขยายตัวโดยการต่อต้านแรงโน้มถ่วงจึงถูกบ่อนทำลาย ดาวเริ่มที่จะตาย

อายุขัยของดาวยักษ์แดงและลักษณะการตายขึ้นอยู่กับมวลของดาวฤกษ์ ยิ่งมีมวลมาก ยิ่งดาวยักษ์แดงใช้การสังเคราะห์พลังงานสำรองสุดท้ายที่หลงเหลือได้เร็วเท่าใด ชีวิตของดาวดวงนี้ก็จะยิ่งสั้นลงเท่านั้น นอกจากนี้ ยิ่งมวลมากเท่าใด สนามโน้มถ่วงที่ใหญ่ขึ้นและรุนแรงขึ้นเท่านั้น ดังนั้นจึงเกิดการบีบอัดเร็วขึ้น

เมื่อดาวฤกษ์หดตัว ยังมีไฮโดรเจนเหลืออยู่เป็นจำนวนมากในชั้นนอกของมัน ซึ่งไม่มีปฏิกิริยานิวเคลียร์เกิดขึ้น และไฮโดรเจนยังคงไม่บุบสลาย การบีบอัดทำให้ดาวทั้งดวงร้อนขึ้น (ตอนนี้ไม่ใช่นิวเคลียร์ แต่พลังงานโน้มถ่วงถูกแปลงเป็นความร้อนตาม Helmholtz) และไฮโดรเจนฟิวชันจะเริ่มขึ้นในชั้นนอก กระบวนการบีบอัดจึงเกิดขึ้นพร้อมกับแสงสะท้อนของชั้นนอก

ยิ่งดาวมีมวลมาก ยิ่งบีบอัดเร็วขึ้น ยิ่งชั้นนอกร้อนขึ้นมากเท่าไร ไฮโดรเจนก็จะสามารถหลอมรวมได้มากขึ้นเท่านั้น และสังเคราะห์ได้เร็วยิ่งขึ้น - และผลลัพธ์ที่ได้ก็จะยิ่งโดดเด่นมากขึ้นเท่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง ดาวดวงเล็กจะหดตัวอย่างเงียบ ๆ ในขณะที่ดาวดวงใหญ่ซึ่งผ่านการหลอมรวมอย่างแรงพอสมควรในส่วนนอกสุดของมัน จะส่งส่วนใหญ่ของชั้นนอกของมันไปสู่อวกาศ ทำให้เกิดการระเบิดไม่มากก็น้อย เหลือไว้แต่ทรงกลมชั้นใน ที่จะทำสัญญา

ยิ่งดาวมีมวลมากเท่าใด "การปล่อยไอน้ำ" ก็ยิ่งกระทันหันมากขึ้นเท่านั้น หากดาวมีมวลมากพอ เวทียักษ์แดงจะจบลงด้วยการระเบิดขนาดมหึมา ในระหว่างนั้นดาวอาจวาบแสงชั่วขณะหนึ่งซึ่งสว่างกว่าแสงของดาวฤกษ์ธรรมดาหลายพันล้านเท่า ซึ่งเป็นแสงวาบสั้นๆ เท่ากับแสงของทั้งดาราจักร ของดาวฤกษ์ที่ไม่ระเบิด นี่คือสิ่งที่เรียกว่า "ซุปเปอร์โนวา" ระหว่างการระเบิดดังกล่าว สสารของดาวมากถึง 95 เปอร์เซ็นต์สามารถหลบหนีออกสู่อวกาศได้ ส่วนที่เหลือจะหดตัว

จะเกิดอะไรขึ้นกับดาวคู่สัญญาที่ไม่ระเบิด หรือส่วนนั้นของดาวระเบิดที่ยังคงอยู่และหดตัว? หากเป็นดาวฤกษ์ดวงเล็กๆ ที่ไม่ร้อนมากพอที่จะระเบิดในระหว่างการหดตัว มันจะหดตัวจนมีขนาดเท่าดาวเคราะห์ โดยคงมวลเดิมไว้ทั้งหมดหรือเกือบทั้งหมด พื้นผิวที่ร้อนเป็นสีขาวและสว่างจ้าจะร้อนกว่าพื้นผิวดวงอาทิตย์ในปัจจุบันของเราอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ในระยะไกลมาก โครงร่างของดาวดังกล่าวจะไม่ชัดเจน เนื่องจากแสงถูกปล่อยออกมาจากพื้นผิวขนาดเล็กมาก และโดยทั่วไปแล้วจะมีปริมาณไม่เพียงพอ ดาวดังกล่าวเรียกว่า "ดาวแคระขาว"

ทำไมดาวแคระขาวไม่หดตัวต่อไป? ในดาวแคระขาว อะตอมจะถูกแยกออก และอิเล็กตรอนซึ่งไม่ได้สร้างเปลือกรอบนิวเคลียสของอะตอมตรงกลางอีกต่อไป เป็น "ก๊าซอิเล็กตรอน" ชนิดหนึ่งที่สามารถหดตัวได้ในระดับหนึ่งเท่านั้น มันทำให้สสารของดาวขยายไปถึงปริมาตรดาวเคราะห์เป็นอย่างน้อย และสามารถคงปริมาณดังกล่าวไว้ได้ไม่มีกำหนด

ดาวแคระขาวเย็นตัวช้ามากและจบลงด้วยความเย็นเกินกว่าจะเปล่งแสงออกมา กลายเป็น "ดาวแคระดำ"

เมื่อดาวฤกษ์หดตัวเป็นดาวแคระขาว ถ้ามันมีขนาดไม่เล็กมาก อาจมีส่วนกับชั้นนอกของดาวยักษ์แดงในการระเบิดระดับปานกลางและมีการกดทับเพียงเล็กน้อย จึงทำให้สูญเสียหนึ่งในห้าของมวลรวมทั้งหมด เมื่อมองจากระยะไกล ดาวแคระขาวเช่นนี้รายล้อมไปด้วยหมอกควันที่ส่องสว่างราวกับวงแหวนควัน วัตถุดังกล่าวเรียกว่า "เนบิวลาดาวเคราะห์" ซึ่งมีอยู่หลายแห่งบนท้องฟ้า เมฆก๊าซจะค่อยๆ กระจายไปทั่วทุกทิศทุกทาง กลายเป็นคลุมเครือและละลายไปในส่วนที่หายากของอวกาศ

เมื่อดาวฤกษ์มีมวลมากพอที่จะระเบิดอย่างรุนแรงในกระบวนการหดตัว เศษที่ยังคงหดตัวต่อไปอาจมีมวลมากเกินไป (แม้หลังจากสูญเสียมวลจำนวนมาก) ที่จะกลายเป็นดาวแคระขาวทันที ยิ่งเศษซากที่หดตัวมากเท่าใด ก๊าซอิเล็กตรอนก็จะยิ่งหนาแน่นขึ้นด้วยตัวมันเองและดาวแคระขาวก็จะยิ่งเล็กลง

สุดท้าย หากมีมวลเพียงพอ แก๊สอิเล็กตรอนอาจไม่สามารถทนต่อแรงดันของตัวเองได้ จากนั้นอิเล็กตรอนจะถูกกดเข้าไปในโปรตอนที่มีอยู่ในนิวเคลียส ซึ่งเคลื่อนที่ไปในแก๊สอิเล็กตรอนและเกิดนิวตรอนขึ้น พวกมันถูกเติมเข้าไปในนิวตรอนที่มีอยู่แล้วในนิวเคลียส จากนั้นดาวก็ประกอบด้วยนิวตรอนเป็นส่วนใหญ่ ดาวจะหดตัวจนกว่านิวตรอนจะสัมผัสกัน ผลที่ได้คือ "ดาวนิวตรอน" ที่มีขนาดประมาณดาวเคราะห์น้อย กว้างประมาณสิบถึงยี่สิบกิโลเมตร แต่ยังคงมวลของดาวขนาดเต็มไว้

หากเศษที่เหลือของดาวฤกษ์มีมวลมากขึ้น แม้แต่นิวตรอนก็ไม่สามารถต้านทานแรงโน้มถ่วงได้ พวกมันจะถูกทำลาย และส่วนที่เหลือจะหดตัวเป็นหลุมดำ

ชะตากรรมของดวงอาทิตย์จะเป็นอย่างไรหลังจากที่มันมาถึงขั้นของดาวยักษ์แดง?

มันอาจจะยังคงเป็นดาวยักษ์แดงเป็นเวลาสองสามร้อยล้านปี - ช่วงเวลาสั้น ๆ ในระดับของชีวิตดาว แต่เป็นโอกาสสำหรับการพัฒนาของอารยธรรมในการตั้งถิ่นฐานในอวกาศบนชั้นดินในโลกภายนอก - แต่แล้วดวงอาทิตย์จะเริ่ม หด. มันจะไม่ใหญ่พอสำหรับการระเบิดครั้งใหญ่ ดังนั้นจึงไม่มีอันตรายที่ในหนึ่งวันหรือหนึ่งสัปดาห์แห่งความวุ่นวาย ระบบสุริยะจะถูกกำจัดทิ้งไปตลอดทางจนถึงวงโคจรของดาวพลูโตและยิ่งกว่านั้นอีก ไม่เลย. ดวงอาทิตย์จะลดขนาดลง เหลือเพียงม่านบางๆ ของชั้นนอกของมัน เหลือไว้รอบ ๆ ตัวมันเอง กลายเป็นเนบิวลาดาวเคราะห์

เมฆของสสารจะล่องลอยผ่านดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างไกล ซึ่งอย่างที่เราจินตนาการไว้ ในอนาคตอันไกลโพ้นเหล่านั้น ลูกหลานของมนุษยชาติจะตั้งอยู่ คลาวด์จะไม่ก่อให้เกิดอันตรายใดๆ กับพวกเขาโดยเฉพาะ ประการแรก นี่จะเป็นก๊าซที่หายากมาก และหาก - และบางทีอาจเป็น - การตั้งถิ่นฐานตั้งอยู่ ดังนั้น พูดใต้ดิน หรือภายในเมืองภายใต้โดม อาจจะไม่มีผลกระทบที่เป็นอันตราย

ปัญหาคือดวงอาทิตย์กำลังหดตัว ทันทีที่ดวงอาทิตย์ลดขนาดลงเป็นดาวแคระขาว (มีมวลไม่มากพอที่จะก่อตัวเป็นดาวนิวตรอนและยิ่งเป็นหลุมดำ) ก็จะกลายเป็นจุดเรืองแสงเล็กๆ บนท้องฟ้า จากดวงจันทร์ของดาวพฤหัสบดี หากมนุษย์เข้าใกล้ดวงอาทิตย์ได้มากที่สุดเท่าที่อยู่ในระยะดาวยักษ์แดง ก็จะมีค่าความสว่างเพียง 1/4000 ของดวงอาทิตย์ตามที่เราเห็นในตอนนี้จากโลก และจะจ่ายให้เท่าๆ กัน เศษส่วนของพลังงาน

หากการตั้งถิ่นฐานของมนุษย์ในระบบสุริยะชั้นนอกขึ้นอยู่กับพลังงานของดวงอาทิตย์ เมื่อดวงอาทิตย์กลายเป็นดาวแคระขาว พวกเขาจะไม่ได้รับเพียงพอ พวกเขาจะต้องเข้าใกล้มันมากขึ้น แต่พวกเขาจะไม่สามารถทำเช่นนี้ได้หากพวกเขาต้องการดาวเคราะห์เพื่อการนี้เพราะดาวเคราะห์ของระบบสุริยะจะถูกทำลายหรือถูกทำลายในระยะก่อนหน้าของการดำรงอยู่ของดวงอาทิตย์ เฟสยักษ์แดง เฉพาะการตั้งถิ่นฐานในอวกาศเทียมเท่านั้นที่จะสามารถใช้เป็นที่หลบภัยของมนุษยชาติได้ในเวลานี้

เมื่อการตั้งถิ่นฐานดังกล่าวเกิดขึ้นครั้งแรก (บางทีในศตวรรษหน้า) พวกเขาจะโคจรรอบโลกโดยใช้รังสีดวงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงาน และดวงจันทร์เป็นแหล่งของวัตถุดิบส่วนใหญ่ ธาตุที่เบากว่าบางชนิดที่ไม่พบในปริมาณที่ประเมินได้บนดวงจันทร์—คาร์บอน ไนโตรเจน และไฮโดรเจน—จะต้องนำเข้ามาจากโลก

เมื่อเวลาผ่านไป การสร้างการตั้งถิ่นฐานของพื้นที่ดังกล่าวในแถบดาวเคราะห์น้อยจะได้รับการพิจารณา ซึ่งจะทำให้ได้ธาตุแสงที่สำคัญเหล่านี้ได้ง่ายขึ้นโดยไม่ตกหล่นจากการพึ่งพาโลกที่อันตราย

บางทีเมื่อการตั้งถิ่นฐานในอวกาศมีความพอเพียงและคล่องตัวมากขึ้น และเมื่อมนุษย์รับรู้ถึงอันตรายของการคงอยู่ของพื้นผิวดาวเคราะห์ได้อย่างชัดเจนมากขึ้นเนื่องจากความผันผวนที่จะกลืนดวงอาทิตย์ในวันสุดท้าย การตั้งถิ่นฐานเหล่านี้อาจกลายเป็นสถานที่โปรด ที่อยู่อาศัยของมนุษย์ เป็นไปได้ว่านานก่อนที่คำถามจะเกิดขึ้นว่าดวงอาทิตย์จะนำโชคร้ายมาให้เรา มนุษยชาติส่วนใหญ่หรือแม้แต่ทั้งหมดจะเป็นอิสระจากพื้นผิวของดาวเคราะห์ธรรมชาติโดยสิ้นเชิง และจะตกลงสู่อวกาศ - ในโลกและสภาพแวดล้อมของ ทางเลือกของตัวเอง

บางทีคำถามเกี่ยวกับการก่อตัวของดินในโลกภายนอกเพื่อที่จะเอาชีวิตรอดจากความใหญ่โตสีแดงของดวงอาทิตย์ก็จะไม่เกิดขึ้น และเมื่อดวงอาทิตย์ร้อนขึ้น ก็เพียงพอที่จะปรับวงโคจรของอาณานิคมอวกาศให้สอดคล้องและค่อยๆ เคลื่อนตัวออกจากดวงอาทิตย์ที่กำลังขยายตัว

จินตนาการได้ไม่ยาก วงโคจรของดาวเคราะห์อย่างโลกนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเปลี่ยนแปลง เพราะมันมีมวลมหาศาล ดังนั้น ความเฉื่อยและโมเมนตัมเชิงมุมขนาดใหญ่ และการหาพลังงานมากพอที่จะเปลี่ยนวงโคจรอย่างมีนัยสำคัญจึงแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย และโลกต้องการมวล เพราะมันต้องการสนามโน้มถ่วงที่แรงเพื่อยึดมหาสมุทรและชั้นบรรยากาศไว้บนพื้นผิวของมัน และทำให้ชีวิตเป็นไปได้

ในการตั้งถิ่นฐานในอวกาศ มวลรวมนั้นเล็กน้อยมากเมื่อเทียบกับโลก เนื่องจากแรงโน้มถ่วงไม่ได้ใช้เพื่อกักเก็บน้ำ อากาศ และสิ่งอื่นใด สิ่งทั้งหมดถูกยึดเข้าด้วยกันเพราะถูกจำกัดด้วยกลไกโดยผนังด้านนอก และผลกระทบของแรงโน้มถ่วงต่อพื้นผิวด้านในของผนังนี้สามารถสร้างขึ้นได้ด้วยเอฟเฟกต์แรงเหวี่ยงที่เกิดจากการหมุน

ดังนั้นการตั้งถิ่นฐานในอวกาศสามารถเปลี่ยนวงโคจรของมันได้ด้วยพลังงานในระดับปานกลาง และสามารถเคลื่อนออกจากดวงอาทิตย์ได้เมื่อมันร้อนขึ้นและขยายตัว ในทางทฤษฎี มันสามารถเข้าใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้น เมื่อมันหดตัวและให้พลังงานน้อยลง อย่างไรก็ตาม การบีบอัดข้อมูลจะเร็วกว่าส่วนขยายก่อนหน้านี้มาก ยิ่งไปกว่านั้น การตั้งถิ่นฐานของจักรวาลทั้งหมดที่อาจมีอยู่ในระยะยักษ์สีแดงของดวงอาทิตย์และเคลื่อนเข้าหาบริเวณใกล้ดาวแคระขาวอาจจะหดตัวเป็นปริมาตรที่เล็กกว่าที่พวกเขาต้องการ กว่าพันล้านปี พวกเขาสามารถคุ้นเคยกับพื้นที่ไม่จำกัดของระบบสุริยะขนาดใหญ่

แต่มีความเป็นไปได้ค่อนข้างมากที่จะสรุปได้ว่าก่อนที่ระยะดาวแคระขาวจะเริ่มต้นขึ้น ผู้ตั้งถิ่นฐานในอวกาศจะสร้างโรงไฟฟ้าที่ทำงานด้วยการหลอมไฮโดรเจนและเป็นอิสระจากดวงอาทิตย์ ในกรณีนี้ พวกเขาสามารถเลือกอย่างอื่นได้ - ที่จะจากไปตลอดกาล ระบบสุริยะ.

หากการตั้งถิ่นฐานในอวกาศจำนวนมากออกจากระบบสุริยะกลายเป็น "ดาวเคราะห์อิสระ" ที่ขับเคลื่อนด้วยตนเอง มนุษยชาติจะสามารถปลดปล่อยตัวเองจากภัยคุกคามจากภัยพิบัติชั้นสองและมีชีวิตอยู่ต่อไป (และแพร่กระจายไปทั่วจักรวาลอย่างไม่มีกำหนด) จนกระทั่งถึงขั้นบีบตัวของเอกภพให้เป็นไข่จักรวาล