Согласно новому исследованию, наша Вселенная может исчезнуть гораздо раньше, чем предполагалось ранее — на целых 10¹⁰²² лет раньше. Учёные пришли к этому выводу, изучая излучение Хокинга — процесс, при котором звёздные остатки постепенно теряют массу. По словам авторов, если взглянуть на то, сколько живут такие объекты, можно предположить, что следы от предыдущей Вселенной могут существовать внутри нашей.
Ранее конец Вселенной ожидали примерно через 10¹¹⁰⁰ лет (единица с 1100 нулями). Но теперь новый расчёт показывает, что распад начнётся уже через 10⁷⁸ лет — это единица с 78 нулями. Для сравнения: это всё равно что человеку, которому пообещали ещё 50 лет жизни, внезапно сообщают, что ему осталось жить меньше, чем триллионная доля триллионной доли секунды. К счастью, мы говорим о масштабах времени, которые намного превышают возраст Вселенной, так что бояться пока нечего.
Почему же такой разрыв в оценках?
Исследование провели трое нидерландских учёных. Они заново проанализировали излучение Хокинга, предложенное Стивеном Хокингом. Суть в том, что чёрные дыры со временем теряют массу, испуская тепло за счёт квантовых эффектов.
Как объясняет NASA:
«Из-за взаимодействия квантовой механики и гравитации искривлённое пространство-время вокруг чёрной дыры испускает тепло. Если чёрная дыра не накапливает массу, чтобы компенсировать потери, она постепенно сжимается и в конце концов испаряется с выбросом частиц и гамма-лучей. Это может занять в десятки раз больше времени, чем существует Вселенная. А сверхмассивные чёрные дыры испаряются ещё дольше.»
Излучение Хокинга появляется, когда виртуальные пары частиц возникают у горизонта событий: одна падает внутрь, а другая улетает наружу. Но команда из Университета Радбауд в Нидерландах показала, что новые частицы могут рождаться даже вдали от горизонта, и это означает, что излучение может происходить и у объектов, не являющихся чёрными дырами.
«Мы показали, что искривление пространства далеко за пределами чёрной дыры также создаёт излучение, — объясняет Вальтер ван Сёйлеком (Walter D. van Suijlekom). — Частицы там уже разделены гравитационными приливными силами», — добавил он.
Раньше считалось, что такое излучение возможно только у горизонта событий, но теперь ясно, что это необязательно так.
«Это значит, что даже объекты без горизонта событий — например, мёртвые звёзды и другие массивные объекты — тоже могут излучать подобным образом, — говорит Хейно Фалке (Heino Falcke). — А значит, со временем они тоже испарятся, как и чёрные дыры. Это радикально меняет наше понимание как излучения Хокинга, так и будущего всей Вселенной.»
После публикации статьи учёные получили множество вопросов — особенно о том, как долго будут испаряться другие объекты, такие как нейтронные звёзды. И вот тут всё становится менее оптимистично.
Оказалось, что нейтронные звёзды и чёрные дыры звёздной массы испаряются примерно за 10⁶⁷ лет — что неожиданно, учитывая, что гравитация у чёрных дыр гораздо сильнее.
«Но у чёрных дыр нет поверхности, — объясняет один из авторов исследования Михаэль Вондрак (Michael Wondrak). — Они поглощают часть своего же излучения, что замедляет испарение.»
Когда они изучили белые карлики — остатки звёзд вроде нашего Солнца, ранее считавшиеся самыми «долгоживущими» объектами — то оказалось, что они испаряются не за 10¹¹⁰⁰ лет, как предполагали ранее, а всего за 10⁷⁸ лет.
«Так что Вселенная завершится намного раньше, чем мы думали, — подводит итог Фалке. — Но, к счастью, до этого всё равно миллиарды миллиардов лет».
Возможно, у нас есть следы прошлых вселенных
Одно из интересных предсказаний: при определённых условиях мы можем обнаружить останки звёзд из прошлой Вселенной.
В своей статье учёные пишут:
«Максимальный возраст нейтронных звёзд составляет около 10⁶⁸ лет, что сопоставимо с чёрными дырами малой массы. Белые карлики, сверхмассивные чёрные дыры и тёмные материи в галактических скоплениях испаряются дольше, но тоже не вечно. Все эти объекты завершают свой путь взрывом, как только достигают критической нестабильности.»
Они добавляют:
«Это ставит предел жизни материи во Вселенной. Он намного превышает текущий возраст Вселенной, но объекты с плотностью выше ~3×10⁵³ г/см³ должны были уже исчезнуть. Поэтому звёздные останки из прошлой Вселенной могли сохраниться только в том случае, если новые вселенные рождаются реже, чем раз в 10⁶⁸ лет.»
Когда нейтронная звезда достигает критической массы, она может взорваться. Но из-за огромных временных масштабов и множества неизвестных, найти такие «ископаемые» крайне маловероятно.
«Если такие объекты и есть, они бы сейчас не уменьшались, а наоборот — накапливали материю из межгалактической среды и реликтового излучения», — уточняют учёные.
«Скорее всего, нейтронные звёзды, появившиеся в нашей Вселенной, не успеют развиться до такой стадии. Но теоретически можно представить, что остатки звёзд из другой Вселенной где-то существуют. Это возможно только если инфляция не мешает вселенным делить одно и то же фазовое пространство.»
А как насчёт людей и Луны?
В шутку исследователи также рассчитали, сколько потребуется времени, чтобы исчезли человеческие тела и, например, Луна — около 10⁹⁰ лет. Конечно, такие объекты исчезнут гораздо раньше из-за других причин, но расчёт помог лучше понять теорию.
«Задавая такие вопросы и рассматривая крайние случаи, мы стремимся глубже разобраться в природе вещей, — заключает ван Сёйлеком. — Может быть, однажды мы разгадаем загадку излучения Хокинга.»
Исследование уже принято к публикации в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics и доступно на сервере препринтов arXiv.
