Wczesny wszechświat był wypełniony dziwnymi i tajemniczymi przedmiotami. Krótko po Wielkim Wybuchu duże chmury materiału mogły bezpośrednio uformować czarne dziury, bez wcześniejszego łączenia się w gwiazdy, jak widzimy dzisiaj. Pseudo-galaktyki rozjaśniły morze obojętnego wodoru, aby uczynić wszechświat przezroczystym, uwalniając fotony tam, gdzie wcześniej była tylko ciemność. A krótkotrwałe gwiazdy zbudowane tylko z wodoru i helu mogły błyskać i znikać jak iskry w nocy.
Ponad 13 miliardów lat później materia wszechświata osiadła na wielu rodzajach gwiazd o różnych rozmiarach, jasnościach i długości życia. Ale gwiazdy dzisiejszego kosmosu nie są jedynymi typami gwiazd, które kiedykolwiek będą istnieć. W odległej przyszłości, za wiele miliardów, a nawet trylionów lat, dziwne obiekty mogą powstać, gdy zaawansowane stadia naszych obecnych gwiazd przekształcają się w zupełnie nowe obiekty niebieskie. Niektóre z tych obiektów mogą nawet służyć jako zwiastun śmierci cieplnej wszechświata, po której nie można tego poznać.
Oto cztery gwiazdy, które mogą kiedyś istnieć - jeśli wszechświat przetrwa wystarczająco długo, aby je narodzić.
Niebieski karzeł
Zdjęcie słońca wykonane za pomocą Extreme Ultraviolet Imager na pokładzie STEREO-A, który zbiera obrazy w kilku długościach fal światła, które są niewidoczne dla ludzkiego oka, zabarwione na niebiesko. (NASA / STEREO) Uważa się, że gwiazdy czerwonych karłów, zwane również karłami M, są najczęstszym typem gwiazd we wszechświecie. Są małe - czasem nie bardziej obszerne niż gazowa gigantyczna planeta - i mają niską masę i temperaturę (jak na gwiazdę). Najmniejsza ma tylko około 80-krotną masę Jowisza, podczas gdy słońce, gwiazda głównej sekwencji typu G, jest około 1000-krotną masą Jowisza.
Te stosunkowo małe i zimne gwiazdy mają jednak coś innego. Astronomowie wierzą, że czerwone karły mogą przetrwać tryliony lat, powoli zamieniając wodór w hel, co oznacza, że niektóre czerwone karły istnieją już od prawie całego wieku wszechświata. Gwiazda z dziesięcioprocentową masą Słońca może żyć prawie sześć bilionów lat, podczas gdy najmniejsze gwiazdy, takie jak TRAPPIST-1, mogą żyć dwa razy dłużej, zgodnie z artykułem z 2005 roku. Wszechświat ma zaledwie około 13, 8 miliarda lat, więc czerwone krasnoludy nie mają nawet jednego procenta przez całe swoje życie.
Dla porównania, słońce ma zaledwie pięć miliardów lat, zanim spali całe swoje paliwo wodorowe i zaczyna stapiać hel z węglem. Ta zmiana spowoduje następną fazę ewolucji Słońca, najpierw ekspansję w czerwonego olbrzyma, a następnie ochłodzenie i skurczenie się w białego karła - bogatego w elektrony typu gwiezdnego zwłok, które widzimy w całej galaktyce.
Za tryliony lat czerwone karły zaczną również gasić ostatnie części swoich zasobów wodoru. Chłodne małe gwiazdy będą przez pewien czas niezwykle gorące, promieniując na niebiesko. Przewiduje się, że czerwony karzeł w późnym stadium nie rozszerzy się na zewnątrz jak słońce, ale zapadnie się do wewnątrz. W końcu, po zakończeniu fazy niebieskiego karła, pozostanie jedynie łuska gwiazdy w postaci małego białego karła.
Czarny karzeł
Artystyczna koncepcja ciemnobrązowego karła, który przypomina czarne karły, które mają powstać w przyszłości. (NASA / JPL-Caltech) Jednak nawet białe karły nie przetrwają wiecznie. Kiedy biały karzeł wyczerpie własne zasoby węgla, tlenu i swobodnie płynących elektronów, powoli wypali się, przekształcając się w czarnego karła. Te teoretyczne obiekty wykonane z materii zdegenerowanej elektronowo wytwarzają niewiele, jeśli w ogóle, własnego światła - prawdziwa śmierć gwiazdy.
Ta przyszłość to los gwiazd takich jak słońce - choć potrzeba miliardów lat, aby gwiazda nawet zaczęła przekształcać się w czarnego karła. Pod koniec życia Słońca jako gwiazdy o głównej sekwencji (której suma wynosi około 10 miliardów lat, a Słońce ma teraz 4, 6 miliarda lat), rozszerzy się na zewnątrz jako czerwony olbrzym, potencjalnie aż do orbity Wenus . Tak pozostanie przez kolejny miliard lat, zanim stanie się białym karłem. NASA szacuje, że słońce pozostanie białym karłem przez około 10 miliardów lat. Jednak inne szacunki sugerują, że gwiazdy mogą pozostać w tej fazie przez 10 15, a nawet cztery biliardy lat. Tak czy inaczej, czas wymagany do osiągnięcia tego etapu jest dłuższy niż obecny wiek wszechświata, więc żaden z tych egzotycznych obiektów nie istnieje - jeszcze.
Pod koniec życia czarnego karła gwiazda kiedyś ulegnie rozpadowi protonów i ostatecznie wyparuje w egzotyczną formę wodoru. Dwa białe karły odkryte w 2012 r. Mają niewiele ponad 11 miliardów lat, co oznacza, że mogą zmierzać w kierunku transformacji czarnego karła. Jednak dowolna liczba rzeczy może spowolnić ten proces, więc będziemy musieli je obserwować przez następne kilka miliardów lat, aby zobaczyć, jak postępują.
Kraina Lodu
Artystyczna koncepcja magnetaru lub silnie magnetycznej gwiazdy neutronowej, która wygląda trochę jak gwiazda zamrożona. (NASA Goddard Space Flight Center) Pewnego dnia, gdy we wszechświecie zaczyna brakować materiałów do cyklowania, po stopieniu większości lżejszych pierwiastków w cięższe, mogą istnieć gwiazdy, które palą się tylko tak gorąco, jak punkt zamarzania wody. Tak zwane „zamrożone gwiazdy” ulegałyby ubiciu przy temperaturze zaledwie 273 stopni Kelvina (około 0 stopni Celsjusza), wypełnionej różnymi ciężkimi pierwiastkami z powodu niedoboru wodoru i helu w kosmosie.
Według naukowców, którzy opracowali koncepcję takich obiektów, Freda Adamsa i Gregory'ego Laughlina, zamrożone gwiazdy nie będą tworzyć trylionów na tryliony lat. Niektóre z tych gwiazd mogą pochodzić z kolizji między obiektami podgwiezdnymi zwanymi brązowymi karłami, które są większe niż planety, ale zbyt małe, aby zapalić się w gwiazdy. Zamrożone gwiazdy, pomimo niskich temperatur, teoretycznie miałyby wystarczającą masę, aby wytrzymać ograniczoną syntezę jądrową, ale nie wystarczą, by świecić własnym światłem. Ich atmosfery mogą być zanieczyszczone lodowymi chmurami, których słaby rdzeń promieniuje niewielką ilością energii. Gdyby tworzyły się zgodnie z teorią, wyglądałyby bardziej jak brązowe karły niż prawdziwe gwiazdy.
W tej odległej przyszłości największe wokół gwiazdy będą miały masę zaledwie 30 razy większą od masy Słońca, w porównaniu do znanych obecnie gwiazd, które są ponad 300 razy większe od masy Słońca. Przewiduje się, że gwiazdy będą w tym czasie średnio znacznie mniejsze - nawet 40-krotnie większe niż masa Jowisza, ledwo wydzielając wodór do helu pod powierzchnią. W tej zimnej i odległej przyszłości, gdy wszechświat przestanie w ogóle tworzyć gwiazdy, pozostałymi dużymi obiektami będą przede wszystkim białe karły, brązowe karły, gwiazdy neutronowe i czarne dziury, według Adamsa i Laughlina.
Iron Star
Artystyczna koncepcja stopionego ciała niebieskiego, być może przypominająca wygląd żelaznych gwiazd za tryliony lat. (Iuliia Bycheva / Alamy Zdjęcie stockowe) Jeśli wszechświat nieustannie rozszerza się na zewnątrz, tak jak obecnie, zamiast ostatecznie zapaść się do wewnątrz - a naukowcy nie są pewni, co zrobi - wówczas ostatecznie doświadczy swego rodzaju „śmierci cieplnej”, w której same atomy zaczynają się rozpadać . Pod koniec tego czasu mogą powstać uderzająco niezwykłe przedmioty. Jedną z najbardziej niezwykłych może być gwiazda żelaza.
Gdy gwiazdy w kosmosie stale łączą lekkie elementy z cięższymi, w końcu pojawi się niezwykła ilość izotopów żelaza - stabilny, trwały pierwiastek. Egzotyczne tunelowanie kwantowe przebije żelazo na poziomie subatomowym. Proces ten ostatecznie doprowadzi do powstania gwiazd żelaznych - gigantycznych obiektów, których masa gwiazd została jeszcze wykonana prawie całkowicie z żelaza. Taki obiekt jest jednak możliwy tylko wtedy, gdy proton nie rozpada się, co jest kolejnym pytaniem, na które ludzie nie żyli wystarczająco długo, aby odpowiedzieć.
Nikt nie wie, jak długo przetrwa wszechświat, a nasz gatunek prawie na pewno nie będzie w pobliżu, by być świadkiem ostatnich dni kosmosu. Ale gdybyśmy mogli żyć i obserwować niebo przez kolejne biliony lat, z pewnością bylibyśmy świadkami niezwykłych zmian.
