Из многочисленной фантастики и научно-популярных источников всем известно, что вокруг каждой чёрной дыры находится горизонт событий — граница, за которой вторая космическая скорость превышает скорость света. Из-за чего даже свет не может вырваться из чёрной дыры, и, вообще-то, именно поэтому учёные и прозвали чёрную дыру чёрной. Но несмотря на это, чёрные дыры на самом деле не совсем чёрные.
Вне горизонта событий чёрной дыры любое вещество притягивается к ней, но столкновения частиц между собой и электромагнитные взаимодействия могут изменить направление движения частиц в любую сторону, в том числе и отвести их от самой чёрной дыры, до того как они упадут под горизонт. Когда же частицы попадают внутрь горизонта событий, они уже никогда не смогут вернуться назад, если только не смогут разогнаться до скорости большей скорости света. Именно взаимодействующие, падающие на чёрную дыру частицы, формируют яркий аккреционный диск вокруг них.
Можно ли увидеть тело, попавшее за горизонт событий?
Рассмотрим тело, которое попадает в чёрную дыру. Когда вы наблюдаете за его падением, вы видите, что свет, излучаемый им, становится сначала красным, а затем всё более тусклым по мере того, как положение тела смещается к горизонту событий. Если бы вы могли продолжать наблюдать в радиодиапазоне слабые фотоны, которые излучает тело, то мы бы могли увидеть, как оно продолжает движение к горизонту событий, и, казалось бы, что фотоны при этом, растягиваются в пространстве бесконечно увеличивая свою длину волны. Со временем свет от объекта переходило бы от видимого к инфракрасному, затем к микроволновому, затем к радиочастотам и так далее... Но в любом случае он никогда не исчезнет.
Даже несмотря на квантование фотонов, нет ограничений относительно того, насколько низкой может быть их энергия. С достаточно большим телескопом, чувствительным к достаточно длинным волнам, вы всегда сможете видеть свет от всего, что попало в чёрную дыру. Отсюда мы можем сделать вывод, что когда что-то попадает в чёрную дыру, его свет никогда не угасает полностью.
Излучение Хокинга
Принцип неопределённости предполагает, что вакуум не является пустым. В нём постоянно происходит процесс рождения и аннигиляции пар виртуальных частиц и античастиц. Согласно этому принципу, такие частицы могут существовать очень короткое время и в обычных условиях не могут взаимодействовать с обычными частицами, но возле горизонта событий чёрной дыры условия совсем не обычные.
Если рассмотреть ситуацию, когда такая пара возникает очень близко к горизонту событий чёрной дыры, то одна из частиц этой пары может быть затянута гравитационным полем чёрной дыры ещё до того, как частицы успеют аннигилировать. При этом другая частица из этой пары может остаться снаружи горизонта событий. Таким образом, наблюдателю, находящемуся снаружи от чёрной дыры, может показаться, что эта частица была излучена чёрной дырой.
В 1974 году Стивен Хокинг дал теоретическое обоснование этому излучению, которое впоследствии стали называть его именем.
Учитывая вышесказанное, мы можем сделать вывод, что чёрные дыры в действительности не является полностью чёрными. Поскольку, во-первых, свет от падающего на чёрную дыру тела будет смещаться в красный спектр и всё больше и больше угасать, но никогда не погаснет. Во-вторых, чёрная дыра всегда излучает излучение Хокинга.
На данный момент излучение Хокинга зафиксировать не удалось, это связанно с крайне низкой его интенсивностью: чёрная дыра с массой равной трём солнечным будет излучать с мощностью всего 10^-29 ватта, чего недостаточно, для того, чтобы уловить его с помощью современного оборудования.
Автор: Алексей Нимчук. Редакция: Фёдор Карасенко.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube. Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon.