Физики из Нидерландов пересмотрели сроки исчезновения космических объектов, показав, что Вселенная может стать пустой гораздо быстрее, чем считалось ранее. Согласно исследованию, опубликованному в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, звёздные остатки, такие как чёрные дыры, нейтронные звёзды и белые карлики, исчезнут примерно через 10⁷⁸ лет — на порядки раньше прежних оценок в 10¹¹⁰⁰ лет. Рассказываем, почему сроки сократились, как излучение Хокинга влияет на распад и что это значит для судьбы Вселенной.

Новые сроки распада: от 10¹¹⁰⁰ до 10⁷⁸ лет

Ранее космологи предполагали, что Вселенная перейдёт в Тёмную эру (Dark Era) через ~10¹⁰⁰ лет, когда последние чёрные дыры испарятся из-за излучения Хокинга, оставив лишь фотоны и лептоны. Эта оценка основывалась на длительных сроках испарения массивных чёрных дыр и медленном распаде материи через процессы, такие как протонный распад (с периодом полураспада ~10³⁴ лет). Однако нидерландские учёные, используя инструменты астрофизики, квантовой теории поля и математики, показали, что процессы «испарения» происходят быстрее.

Ключевые выводы:

  • Чёрные дыры и нейтронные звёзды: исчезнут через ~10⁶⁷ лет.
  • Белые карлики: самые долгоживущие объекты, продержатся до ~10⁷⁸ лет.
  • Сроки зависят от плотности объектов: менее плотные белые карлики испаряются дольше, чем сверхплотные чёрные дыры.

Эти расчёты радикально сокращают время, необходимое для перехода Вселенной в состояние, где не останется ни звёзд, ни планет, ни даже чёрных дыр — только разреженный газ из субатомных частиц.

Излучение Хокинга: как оно работает?

В 1975 году Стивен Хокинг предложил, что чёрные дыры не вечны: они теряют массу через излучение Хокинга, вызванное квантовыми флуктуациями у горизонта событий. Процесс работает так:

  • У горизонта событий спонтанно возникают пары частица-античастица.
  • Одна частица падает в чёрную дыру, другая улетает, унося энергию.
  • Это снижает массу чёрной дыры, пока она не испарится полностью.

Новое исследование расширяет эту концепцию на другие плотные объекты:

  • Нейтронные звёзды и белые карлики тоже подвержены аналогичным квантовым процессам, хотя их плотность ниже, а испарение занимает больше времени.
  • Учёные смоделировали 10 типов объектов как изолированные системы, учитывая только воздействие квантовых флуктуаций, и рассчитали их «срок жизни».

Температура излучения Хокинга обратно пропорциональна массе объекта: мелкие чёрные дыры испаряются быстрее, массивные — медленнее. Для белых карликов (масса ~0,6–1,4 M☉) процесс растягивается до 10⁷⁸ лет из-за их меньшей плотности.

Почему сроки изменились?

Прежние оценки (10¹¹⁰⁰ лет) учитывали только испарение чёрных дыр и игнорировали другие объекты. Новое исследование:

  • Учло квантовые эффекты для всех звёздных остатков, включая нейтронные звёзды и белые карлики.
  • Использовало уточнённые математические модели, основанные на квантовой теории поля, для расчёта скорости распада.
  • Показало, что менее плотные объекты, такие как белые карлики, всё же испаряются быстрее, чем предполагалось, из-за квантовых флуктуаций.

Это сокращает время до Тёмной эры, когда Вселенная станет холодной и пустой, с температурой, близкой к абсолютному нулю (~10⁻³⁰ К).

Возможные сценарии конца Вселенной

Исследование не меняет общей картины, но уточняет сроки. Согласно космологии, Вселенная проходит несколько эр:

  1. Дегенеративная эра (10¹⁵–10³⁹ лет): звёзды гаснут, остаются белые карлики, нейтронные звёзды и чёрные дыры.
  2. Эра чёрных дыр (10⁴⁰–10⁷⁸ лет): чёрные дыры и другие остатки испаряются через излучение Хокинга.
  3. Тёмная эра (после 10⁷⁸ лет): Вселенная состоит из фотонов, лептонов и, возможно, тёмной материи, если она не распадается.

Однако есть альтернативные сценарии:

  • Большой разрыв (Big Rip): если тёмная энергия усилится, Вселенная разорвётся через ~10¹¹ лет, разрывая даже атомы.
  • Большое сжатие (Big Crunch): если тёмная энергия ослабеет, Вселенная может схлопнуться через 10–100 млрд лет.
  • Распад ложного вакуума (Big Slurp): если Хиггсовское поле нестабильно, квантовая флуктуация может разрушить Вселенную мгновенно, но вероятность мала в ближайшие 10⁵⁸ лет.

Новое исследование делает Тёмную эру более вероятным исходом, чем считалось, из-за ускоренного распада объектов.

Что дальше?

Учёные планируют:

  • Проверить модели на данных телескопов, таких как «Джеймс Уэбб», для уточнения свойств звёздных остатков.
  • Исследовать влияние тёмной материи, которая может не распадаться и продлить Тёмную эру.
  • Разработать эксперименты для изучения квантовых флуктуаций, возможно, через нейтринные обсерватории, как Super-Kamiokande.

Эти шаги помогут уточнить, действительно ли Вселенная «испарится» через 10⁷⁸ лет или другие процессы изменят сценарий.

Заключение

Новое исследование из Нидерландов показывает, что Вселенная может стать пустой через 10⁷⁸ лет из-за ускоренного распада чёрных дыр, нейтронных звёзд и белых карликов под действием излучения Хокинга. Это на порядки быстрее, чем оценки в 10¹¹⁰⁰ лет, но всё ещё невообразимо далеко. Работа подчёркивает, как квантовые процессы формируют судьбу космоса, и заставляет задуматься о конечности всего.