Об этих загадочных объектах и их удивительных свойствах можно рассказывать часами. Даже самые "раскрученные" факты о чёрных дырах привлекают внимание мечтателей и всякий раз буквально завораживают. Однако настало время познакомить вас с менее известными (но не менее занятными) научными сведениями об этих странных обитателях космоса.
1. Чёрные дыры были "изобретены" ещё в 18 веке
Распространенный миф о том, что Альберт Эйнштейн является отцом черных дыр, не основан на истине.
Отец черных дыр – не Альберт Эйнштейн, хотя он и создал Общую теорию относительности, в уравнениях которой “скрыты” черные дыры. Представление о телах настолько массивных, что от них не может убежать даже свет, появилось гораздо раньше. Насколько известно, впервые они были упомянуты английским философом и естествоиспытателем Джоном Митчеллом в письме эксцентричному британскому естествоиспытателю Генри Кавендишу в 1783 году.
Математик Пьер-Симон Лаплас тоже писал о "тёмных звездах" в 1796 году, но затем они исчезли из физики более чем на сто лет, потому что было непонятно, как гравитация может влиять на свет.
В начале 20-го века именно Эйнштейн занимался взаимосвязью между движением света и гравитацией в своей Общей теории относительности. В ноябре 1915 года он представил уравнения гравитационного поля, которые были решены астрофизиком Карлом Шварцшильдом уже в начале 1916 года, и из его решения “выглядывали” черные дыры.
- Сначала их называли застывшими звездами. Журналистка Энн Юинг впервые написала о «черных дырах» в этом контексте в своей статье начала 1964 года, а после того, как физик-теоретик Джон Уилер упомянул о них на конференции по физике в 1967 году, фантастический термин определенно пустил глубокие корни.
2. Из вращающихся чёрных дыр можно извлечь энергию
Благодаря вращению пространства над горизонтом событий мы теоретически могли бы получать часть энергии от черных дыр.
Вокруг вращающихся ЧД над горизонтом событий существует эллипсоидальная область, определяемая поверхностью, на которой вращение окружающего пространства-времени достигает огромных величин скорости.
На обоих полюсах вращения упомянутая поверхность касается горизонта событий, а область между этой поверхностью и горизонтом называется эргосферой. Если частица попадает в эргосферу, она получает дополнительную энергию за счет разгона. Однако, пока она находится над горизонтом событий, она все еще может покинуть черную дыру с приобретенной энергией.
Упомянутый процесс гипотетически позволяет извлекать вращательную энергию из черной дыры. Он был предложен математиком Роджером Пенроузом в 1969 году, и теоретически таким образом можно извлечь 20,7% полной энергии вращающейся черной дыры.
После этого черная дыра перестанет вращаться и эргосфера исчезнет. Так называемый Процесс Пенроуза может также объяснить гамма-всплески и подобные чрезвычайно энергетические явления во Вселенной. Компьютерные модели показывают, что этот процесс, по-видимому, подпитывает излучение квазаров и других активных галактических ядер, содержащих чудовищные сверхмассивные черные дыры.
3. Большие чёрные дыры НЕ испаряются
Принято считать, что черные дыры, пусть очень медленно, но "испаряются", теряя массу. Однако на сегодняшний день это не совсем так. Чтобы черная дыра испарилась, она должна испускать излучение Хокинга при более высокой температуре, чем ее окружение.
Когда Стивен Хокинг применил квантовую механику к черным дырам в 1974 году, он обнаружил, что они не совсем черные. По его расчетам, они испускают минимум теплового излучения, которое со временем стали называть хокинговым.
Если знаменитый физик был прав, черные дыры испаряются очень медленно, причем более крупные делают это гораздо медленнее и способны излучать лишь при температуре, почти равной абсолютному 0.
На самом деле черная дыра с массой Солнца испускает излучение Хокинга при температуре около 100 нК (нанокельвинов), а температура реликтового микроволнового излучения составляет около 2,7 К . Это означает, что чёрные дыры с массой нашей звезды и тяжелее сами получат гораздо больше массы от фонового излучения, чем то, сколько они теряют через излучение Хокинга.
Поэтому сегодня крупные ЧД не испаряются, а наоборот растут. Чтобы черная дыра давала излучение Хокинга, более горячее, чем реликтовое излучение, и фактически испарялась, она должна быть легче Луны. Однако в этом случае дыра будет иметь диаметр менее 0,1 мм. Черная дыра весом с автомобиль имела бы микроскопические размеры: всего 10^-24 метра и испарилась бы всего за 1 наносекунду.
- О каких из этих фактов вы всё-таки знали? 😉