Алексей Левин - Белые карлики. Будущее Вселенной

Правда, сателлит белого карлика WDJ0914+1914 был обнаружен по косвенным признакам, и потому его открытие пока не вполне достоверно. Однако уже в сентябре 2020 г. в журнале Nature появилось сообщение о другом белом карлике, чей спутник удалось отловить с помощью прямых оптических наблюдений. Это старый и довольно холодный белый карлик WD1856+534, удаленный от Земли на 81 световой год. Вокруг него на небольшой дистанции обращается крупное небесное тело с радиусом в 10 раз больше земного, которое делает один оборот всего за 34 часа. Оно периодически и весьма сильно экранирует доходящий до Земли свет белого карлика, чем и выявляет свое присутствие на близкой к карлику орбите. Его массу пока измерить не удалось, но она наверняка не превышает 14 масс Юпитера. Авторы статьи в Nature считают, что новооткрытый спутник белого карлика WD1856+534, скорее всего, представляет из себя планету юпитерианского типа, однако в принципе может оказаться и легким коричневым карликом. Интересно, что сам белый карлик имеет компаньонов и посолиднее, поскольку входит в состав тройной звездной системы. Так что теперь наличие планет вокруг белых карликов можно считать если не полностью доказанным, то, во всяком случае, куда более вероятным.

Из сказанного ясно, что белым карликом со временем станет и наше Солнце. Посмотрим, как это произойдет.

Наше светило за время жизни уже успело сжечь немалую часть своего водорода. Солнечное ядро постепенно сжимается и разогревается. Это увеличивает светимость Солнца, которая после его превращения из протозвезды в звезду главной последовательности уже выросла на 25–30 % — а процесс идет и будет идти. Через 5,4 млрд лет горение водорода в центральной зоне Солнца прекратится, поскольку водорода там уже не будет, но он продолжит гореть в прилегающем слое. Давление в этой зоне быстро увеличится, Солнце потеряет гидростатическую устойчивость и начнет расширяться, превращаясь в красный гигант. Этот процесс займет около 2 млрд лет и приведет к тому, что солнечный радиус вырастет примерно в 250 раз, светимость увеличится в 2700 раз, а температура поверхности упадет до 2600 K. В этой фазе многократно возрастет интенсивность солнечного ветра, в результате чего Солнце потеряет около 30 % массы.

На этом изменения не закончатся. Когда возраст Солнца немного превысит 12 млрд лет, температура ядра достигнет сотни миллионов кельвинов, и в его центре загорится гелий — с образованием углерода и кислорода. В это время ставшее красным гигантом Солнце сожмется примерно в 20 раз, так что его радиус составит 11 радиусов стабильного периода. Температура поверхности вновь повысится, хотя и не до прежнего уровня — только до 4770 K (так что Солнце из красного станет оранжевым).

Стадия гелиевого горения будет не слишком продолжительной, примерно 100 млн лет. На периферии ядра в это время будет дожигаться водород, причем зона его сгорания вновь сдвинется по направлению к поверхности. К концу этой эпохи гелий загорится вокруг ядра, в то время как в самом ядре реакции синтеза уже прекратятся. Солнце опять потеряет стабильность, его внешние слои вторично раздуются практически до прежнего максимума, и оно превратится в так называемую звезду асимптотической ветви гигантов (АВГ) с температурой поверхности около 3500 K.

Жизненный срок этого исполина окажется совсем коротким, всего лишь 30 млн лет. В центре его ядра быстро накопится большое количество углерода и кислорода, которые вспыхнуть не смогут — не хватит температуры. Внешний гелиевый слой будет продолжать гореть, постепенно расширяясь и в силу этого охлаждаясь. Скорость термоядерного сгорания гелия чрезвычайно быстро растет с повышением температуры и падает с ее снижением. Поэтому внутри звезды АВГ начнутся мощные пульсации, которые выбросят ее атмосферу в космос со скоростью в десятки километров в секунду. Разлетающаяся звездная оболочка под действием ионизирующего ультрафиолетового излучения нижележащих звездных слоев ярко засияет едва ли не всеми цветами радуги и станет тем, что астрономы называют планетарной туманностью. Через тысячи или в максимуме десятки тысяч лет туманность остынет, потемнеет и рассеется в пространстве.

Что касается ядра, то там превращение элементов прекратится вовсе, и оно будет светить лишь за счет накопленной тепловой энергии, все больше и больше угасая и остывая. Сжаться в нейтронную звезду или черную дыру оно не сможет — не хватит массы. Поэтому Солнце даст начало типичному углеродно-кислородному белому карлику с массой чуть больше половины (точнее, 54 %) нынешней массы нашего светила. Где-то через 1 трлн лет он остынет до десятков кельвинов, практически перестанет излучать тепло и превратится в черный карлик.