Что произойдет, если Солнце остановится? Часть 4: Черная дыра Солнца

(Это Часть 4 серии о том, что произойдет, если Солнце остановится. Сначала прочитайте Часть 1, Часть 2 и Часть 3.)

И ответ таков: совершенно нигде. Мы выключаем термоядерный синтез (волшебным образом, конечно, не спрашивайте меня, как это на самом деле произойдет), и Солнце просто остается на месте, оставаясь Солнцем. Та же масса. Та же гравитация. Та же смесь водорода и гелия. Все еще яростно горячо в центре, прохладнее на поверхности. Просто без синтеза.

Что происходит? Ничего. Вот ответ. Ничего не происходит. Вы продолжаете свой день. Вы продолжаете следующий день. Вы живете всю свою жизнь совершенно, абсолютно, на 100 процентов, я не шучу, без изменений. Приливы, равноденствия, растения, пьющие солнечный свет, пляжные каникулы — все точно так же.

Температура? Та же. Яркость? Та же. Масса? Та же. Спектр? Тот же. Размер? Тот же.

Жизни ваших детей, без изменений. Так же, как и их детей, и их, и их, и их. Записанная история насчитывает что, 5000 лет? В течение первых 10 000 лет после отключения синтеза, в течение всего этого времени, по сути, ничего не меняется.

Солнце полно горячих веществ, горячие вещества действительно, по-настоящему горячие, и их очень много, так что оно может оставаться горячим очень долго.

Но после примерно 10 000 лет (я здесь немного вольный с числами, это основано на моделях солнечного ядра, которые имеют реальную неопределенность, и кроме того, весь этот сценарий невозможен, так что, пожалуйста, не теряйте сон из-за десятичных знаков) вещи начинают меняться. Помните, что фотонам в среднем требуется около 100 000 лет, чтобы выбраться из ядра, но это только среднее значение. Некоторые выходят быстрее, в удачные моменты. Теперь, когда новые фотоны не создаются внизу, примерно на отметке в 10 000 лет Солнце начинает выглядеть немного... тоньше. Немного меньше фотонов выходит, чем должно быть.

Это первый момент, когда доказательства становятся ясными, что что-то не так, первый раз, когда поверхность наконец реагирует на то, что произошло в ядре. Это момент, когда мир просыпается к разворачивающейся катастрофе, а затем снова возвращается к обычной жизни, потому что еще есть много времени, прежде чем произойдет что-то действительно интересное.

Это потому, что звезды, будучи гигантскими шарами самогравитирующего газа, странные. Ядро исчерпано. Оно остыло, или, по крайней мере, стало прохладнее, поскольку все еще хранит огромный запас внутреннего тепла, просто с закрытым ядерным краном. Но без нового тепла и новых фотонов, поднимающихся, оно больше не может удерживать себя против гравитации. Поэтому оно коллапсирует. И когда ядро коллапсирует, как дом, построенный на песке, остальная часть дома следует за ним, остальная часть дома — это все Солнце.

На протяжении ста тысяч лет или около того последние фотонные потоки, созданные ядром, наконец покидают его. Фотонов все еще много, конечно, Солнце все еще горячее, но это уже не фотоны, рожденные в результате синтеза. Это просто обычное остаточное тепло. Солнце начинает выходить из гидростатического равновесия, потому что если гравитация и давление — это два ребенка, балансирующие на качелях, один из них только что слез и ушел.

Что означает, что пришло время для наших двух любимых аристократов, Кельвина и Гельмгольца, поклонись. Солнце теперь сжимается, и нечего больше его поддерживать. Вы бы ожидали, что оно остынет. В конце концов, мы только что выключили синтез. Но поскольку оно сжимается, оно на самом деле НАГРЕВАЕТСЯ. На самом деле, в зависимости от того, как именно это произойдет, оно не просто становится меньше и горячее. Оно может на самом деле стать ярче.

Правильно. В течение нескольких миллионов лет Солнце без синтеза на самом деле меньше, горячее и ярче, чем Солнце, работающее на синтезе, которое оно заменило.

Я же говорил вам, что звезды странные.

Это продолжается в течение нескольких десятков миллионов лет. Мы можем назвать это «плаванием Кельвина-Гельмгольца», потому что это звучит успокаивающе мягко. Солнце становится гигантским теплым объектом, генерирующим новое тепло исключительно за счет сжатия себя.

А затем оно умирает. Медленно. В течение этих десятков миллионов лет оно наконец начинает остывать, его яркость уменьшается. Это не будет апокалипсисом за одну ночь. Это будет постепенное изменение климата Земли. Тридцать миллионов лет — это долго. Тридцать миллионов лет назад киты только начинали заниматься китобойным промыслом, а травы только начинали распространяться по континентам.

Это эволюционная шкала времени. Погодные условия колеблются, ледниковые условия продвигаются и отступают, а жизнь на Земле пережила гораздо худшие катастрофы за гораздо более короткие промежутки времени (огромный удар, кто-нибудь?). У жизни будет реальный шанс адаптироваться к медленно остывающему Солнцу. Это не будет красиво, и это определенно не будет тепло, но, по крайней мере, это будет медленно.

Через сто миллионов лет Солнце становится, ну, у нас на самом деле нет для него названия, потому что это вымышленный сценарий.

И если этот временной график звучит пугающе коротким, имейте в виду, что если синтез останется включенным, Солнце будет постепенно ярчать по мере старения, и через еще 300 миллионов лет или около того оно станет достаточно горячим, чтобы испарить наши океаны. Хм. Это, вероятно, не очень помогает.

О, точно. Нейтрино. Эти хитрые маленькие дьяволы выдают всю игру с самого первого момента. Ядерный синтез производит нейтрино (это слабая сила выполняет свою работу, превращая протоны в нейтроны), и в отличие от фотонов, нейтрино стремятся прямо из Солнца, не запутываясь ни в чем. Это означает, что всего через 8 минут после того, как ядро замолкает, нейтрино-обсерватории по всему миру внезапно перестанут обнаруживать что-либо, исходящее от Солнца.

Они всегда портят сюрприз, не так ли?