Что такое чёрная дыра?
Чёрная дыра – космическое тело, являющееся одним из возможных результатов эволюции звёзд, масса которых выше солнечной в 3 или больше раз.
Чёрная дыра — область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже фотоны света. Хочу заметить, что скорость света — максимальная скорость во Вселенной.
Почему черные дыры так называются?
Первое название черных дыр — «коллапсары»;
Название «черные дыры» было придумано в 1967 году журналистами и американским физиком-теоретиком Джоном Уиллером;
Их назвали «Черные дыры», потому что их никак нельзя увидеть. Если свет попадает в них, он не выходит. Черные дыры обладают настолько большой массой и гравитацией, что пространство и время внутри них искривляются. Мы можем наблюдать чёрную дыру, только если вокруг неё есть какая-то материя: газ или соседняя звезда, с которой чёрная дыра стаскивает оболочку.
Как появляются чёрные дыры?
Жизненный цикл звёзд зависит от их массы: звезды с низкой массой в конечном итоге превращаются в белых карликов, в то время как жизнь звёзд с большой массой заканчивается взрывом сверхновых.
Существует несколько теорий о том, как образуется и появляется чёрная дыра. Самая известная – возникновение в результате гравитационного коллапса звезды с массой более трёх масс Солнца. По завершению термоядерных реакций внутри таких звёзд они начинают ускоренно сжиматься в сверхплотную нейтронную звезду. Если давление газа нейтронной звезды не может компенсировать гравитационные силы, то есть масса звезды преодолевает т.н. предел Оппенгеймера — Волкова, то коллапс продолжается, в результате чего материя сжимается в чёрную дыру.
Второй сценарий, описывающий рождение чёрной дыры – сжатие протогалактического газа, то есть межзвёздного газа, находящегося на стадии превращения в галактику или какое-то скопление. В случае недостаточного внутреннего давления для компенсации тех же гравитационных сил может возникнуть чёрная дыра.
Два других сценария остаются гипотетическими:
Возникновение ЧД в результате Большого взрыва – т.н. первичные черные дыры.
Возникновение в результате протекания ядерных реакций при высоких энергиях. Пример таких реакций – эксперименты на коллайдерах.
Устройство черных дыр
Как правило, чёрную дыру делят на следующие составляющие: фотонная сфера, горизонт событий и сингулярность.
1) Фотонная сфера – это область или область пространства, где гравитация настолько сильна, что фотоны вынуждены перемещаться по орбитам.
2) Горизонт событий – граница области пространства-времени, начиная с которой информация не может достичь наблюдателя из-за конечности скорости света.
3) Сингулярность – точка пространства с бесконечной массой, плотностью и гравитацией.
4) Аккреционным диском является газовый диск, который образуется вокруг компактных звёздных остатков (белых карликов, нейтронных звёзд и черных дыр). Этот диск состоит либо из вещества, которое захвачено с поверхности соседних звёзд, является остатками разорванных звёзд или представляет собой межзвёздную среду
Виды чёрных дыр:
Среднемассивные чёрные дыры. Предполагается, что такие дыры образуются исключительно путём слияния многих черных дыр звёздных масс. Масса таких черных дыр может достигать нескольких тысяч солнечных масс.
Сверхмассивные чёрные дыры. Огромные черные дыры с массой от нескольких миллионов до миллиардов солнечных масс. Как правило, такие дыры находятся в центрах практически всех галактик, имеют аккреционный диск и релятивистские струи, называемые джетами (Релятивистские струи - это очень мощные струи плазмы со скоростями, близкими к скорости света).
Общепринятой теории образования чёрных дыр такой массы ещё нет. Существует несколько гипотез, наиболее очевидной из которых является гипотеза, описывающая постепенное наращивание массы чёрной за счёт другой звезды, вещество которой падает на чёрную дыру звёздной массы (аккреционный диск). Другая гипотеза предполагает, что сверхмассивные чёрные дыры образуются при коллапсе больших газовых облаков и их превращении в нейтронную звезду массой в несколько сотен тысяч Солнечных масс или больше. Такая звезда быстро становится нестабильной, может сколлапсировать сразу в чёрную дыру. При этом коллапс идёт, минуя стадию сверхновой, при которой взрыв разбросал бы большую часть массы, не позволив образоваться сверхмассивной чёрной дыре.
Первичная чёрная дыра — гипотетический тип чёрной дыры, которая образовывалась не за счёт гравитационного коллапса крупной звезды, а в сверхплотной материи в момент начального расширения Вселенной.
Квантовые чёрные дыры. Предполагается, что такие чёрные дыры возникают в результате ядерных реакций при высоких энергиях (эксперименты на коллайдерах).При этом могут образоваться устойчивые микроскопические чёрные дыры, так называемые квантовые чёрные дыры. Даже если квантовые чёрные дыры существуют, время их существования крайне мало, что делает их обнаружение очень проблематичным.
Интересные факты.
1. Чёрная дыра была открыта Карлом Шварцшильдом в 1916 году.
2. Чёрные дыры не всасывают объекты.
Всасывание происходит в результате втягивания чего-либо в вакуум, которым массивная чёрная дыра определённо не является. Вместо этого объекты падают в них точно так же, как они падают на все, что обладает гравитацией, например, на Землю.
3. Чёрные дыры достаточно шумные.
Всё, что окружает чёрную дыру, падает в эту бездну и одновременно с этим ускоряется. Горизонт событий разгоняет частицы почти до скорости света. Во время пересечения материей центра горизонта событий возникает булькающий звук. Этот звук является преобразованием энергии движения в звуковые волны.
4. Рядом с чёрной дырой происходит замедление времени.
Чем сильнее гравитационное притяжение, тем медленнее течёт время. По сравнению с часами в космосе время на поверхности Солнца замедляется на 6 миллиардных долей, а у поверхности чёрной дыры, где гравитация огромна, время почти не движется.
