1.1 Понятие и строение
В космосе находятся триллионы различных друг от друга объектов, большинство из которых ещё не известны учёным. Вселенная продолжает расширяться и соответственно, что число космических объектов тоже растёт. «В число этих объектов входят чёрные дыры – это область пространства-времени гравитационное притяжение которой не могут покинуть даже кванты света». Простыми словами, это космический объект, масса которого настолько велика, что способна искажать время и пространство, а гравитация притягивает даже свет, который излучает чёрная дыра.
Самая первая часть чёрной дыры – это предел статичности. Пересекая его, любое тело уже не будет находится в состоянии покоя и начнёт вращение вокруг чёрной дыры.
Далее следует эргосфера – это пространство, находящееся сразу после предела статичности, в нём и будет вращаться тело, пересёкшее этот предел.
Границу чёрной дыры принято называть горизонтом событий. Но чаще её называют точкой невозврата. Почему? Горизонт событий представляет собой так называемое кольцо, вокруг чёрной дыры. Если любой объект пересекает это кольцо, то выйти из него будет невозможно. Всё дело в том, что по теории относительности, нет ничего, что может двигаться быстрее скорости света. А пересекая точку невозврата, необходимая скорость для выхода из неё начинает превышать скорость света. Чем глубже притягивает объект, тем выше должна быть скорость для выхода.
Сама чёрная дыра не совсем является объектом, потому что она не имеет как таковой поверхности. Представьте, что вы идёте по коридору в кромешной тьме и врезаетесь в дверь. Вы почувствуете, что врезались и дальше идти не можете. Но вот если вы будите идти по коридору и столкнётесь с чёрной дырой, то вы просто войдёте в неё не почувствовав препятствия.
«Внутри находится сингулярность – это место, где сосредоточена масса чёрной дыры, с бесконечной плотность». По сути, сингулярность следует сразу за горизонтом событий. «А называется она так потому что это точка, где все законы физики становятся идентичными друг другу. Пространство и время перестают существовать как взаимосвязанные реальности и сливаются, теряя всякую независимость». Из-за того, что вся масса чёрной дыры заключается в одну точку, сила тяжести постоянно меняется. Соответственно любой объект, попавший туда, будет менять свою форму в зависимости от силы тяжести.
1.2 Возникновение
Существует большинство гипотез о зарождении чёрных дыр, но самая распространённая из них – это теория гравитационного коллапса звезды с достаточной массой. «Гравитационный коллапс – это быстрое сжатие объектов под действием гравитационных сил». Такое сжатие может произойти в результате окончания эволюции звезды, масса которой в три раза превосходит солнечную. (Масса Солнца в кг. примерно равна 1.983 * 10^30). Когда термоядерные реакции внутри таких звёзд завершаются, они начинают ускоренно сжиматься и формируются нейтронные звёзды. «Если давление газа внутри нейтронной звезды не может компенсировать гравитационные силы этой же звезды, то сжатие будет продолжаться». В конечном итоге звезда настолько сильно сожмётся, что превратится в чёрную дыру.
1.3 Классификация
Учёные разделяют чёрные дыры по всего одному параметру – массе. Существует четыре вида этих загадочных объектов:
Первый вид – это звёздные чёрные дыры. «Они представляют собой объекты, превышающие массу солнца примерно в 10 раз. Считается что образуются такие дыры за счёт окончания жизнедеятельности звезды масса которой превышает массу солнца в три раза».
Второй вид – это чёрные дыры средней массы. «Их масса превышает солнечную в 100 – 1 000 000 раз». Такие дыры являются промежуточным этапом и образуются за счёт поглощения газовых скоплений либо газов соседних звёзд.
Третий вид – это сверхмассивные чёрные дыры. «Масса таких объектов превышает солнечную в миллионы или даже миллиарды раз». Образование таких чёрных дыр до сих пор не разгадано.
Четвёртый вид – это ультра-массивные чёрные дыры. Учёным известно только о двух представителях данного вида. Первый находится в галактике Holm 15A, «Масса этой чёрной дыры равна 40 миллиардам масс Солнца». Вторая чёрная дыра находится в созвездии Гончих Псов – это TON 618, её масса равна 66 млрд. масс Солнца.
1.4 Возможности эксплуатации
Есть множество предположений учёных как можно использовать чёрные дыры. Одно из таких – извлечение энергии за счёт эргосферы. «Любое вещество, помещённое туда, разделится на две части. Путём организации импульса этих двух частей материи можно сделать так, чтобы одна часть упала за горизонт событий, а другая вылетала из эргосферы». При этом, у вылетевшей части будет большое количество энергии. Однако, у этого способа есть большой минус – у двух новообразованных частей должна быть огромная скорость, превышающая половину скорости света.
Ещё один способ использования чёрных дыр – это мультивселенная. «По сути, это гипотетическое множество всех возможных реально существующих параллельных вселенных». Учёные считают, что существует множество параллельных миров, попасть в которые можно путём преодоления барьера, созданного пространством и временем. В сингулярности этот барьер размывается из-за огромной массы чёрной дыры и скорости превышающей скорость света.
Возможно, попав в чёрную дыру наша реальность разделится, так как время, пространство и всё вокруг начнёт существовать отдельно друг от друга. Это поможет преодолеть пространственно-временной континуум и даст возможность увидеть то, что находится за его пределом.
Однако стоит заметить, что это лишь гипотезы, не подтверждённые фактами.
1.5 Изучение
Само изучение чёрных дыр началось относительно недавно – в 1783 году. «Гипотезу о их существовании выдвинул английский учёный Джон Митчелл». Он предполагал, что существуют такие звёзды, гравитация которых на столько велика, что свет, который они излучают не может преодолеть поверхность этих звёзд. Митчелл рассчитал, что примерный радиус таких звёзд при плотности Солнца будет равен 500 солнечным.
«Через 13 лет, французский математик и астроном П.С. Лаплас выдвинул такую же теорию что и Д. Митчелл, и написал пару книг в которых описывал её». Однако, после, он отказался от этой гипотезы из-за её фантастичности.
Затем, в 1801 году английский физик Т. Юнг опубликовал лекцию «Теория света и цвета» после чего, сильно заинтересовался теорией П.Л. Лапласа. Однако, на фоне изучения волновой теории света все гипотезы о чёрных дырах выглядели не правдоподобно и смешно. После, изучение чёрных дыр прекратилось почти на 100 лет.
Лишь в 1916 году немецкий физик-теоретик и астроном К. Шварцшильд, спустя несколько месяцев после публикации уравнений Эйнштейна, начал исследовать с их помощью искривлённое пространство-времени близь солнца. В итоге, он снова открыл гипотезу чёрных дыр, но обосновал её более глубоко, чем предыдущие учёные.
Окончательно существование чёрных дыр доказали Р. Оппенгеймер и Х. Снайдер в 1939 году. «Они провели первое явное решение уравнений Эйнштейна при описании процесса формирования чёрных дыр из сжимающихся облаков пыли».
По окончанию Второй мировой войны астрономия открыла для себя использование радиотелескопов современного вида. «И в 1970-х было замечено, что в центре Млечного Пути существует относительно маленький радиоисточник, который испускает помехи. Он получил название Стрелец А*».
Позднее выяснилось, что масса этого объекта превышает массу Солнца в миллионы раз. Учёные предположили, что это чёрная дыра.
«И вот, только 12 мая 2022 года мир впервые увидел снимок чёрной дыры, опубликованный ESO (Европейская Южная обсерватория)». На снимке изображена сверхмассивная чёрная дыра – Стрелец А*. Это фото не только доказало существование чёрных дыр, но и показало насколько далеко наука продвинулась в изучении космоса.