Чёрные дыры — одни из самых удивительных объектов во Вселенной. Они обладают невероятно сильным гравитационным полем, из которого не может вырваться ничто: ни планеты, ни луны, ни даже свет.
Всё, что пересекает горизонт событий — границу, за которой скорость убегания чёрной дыры превышает скорость света, — неумолимо движется к неведомой судьбе.
Черная дыра была открыта Карлом Шварцшильдом в 1916 году.
Хотя объекты с интенсивными гравитационными полями, из которых свет не может уйти, рассматривались ещё в XVIII веке, именно Карл Шварцшильд в 1916 году представил первое современное решение общей теории относительности, описывающее чёрную дыру.
В 1958 году Дэвид Финкельштейн опубликовал свою интерпретацию, согласно которой чёрная дыра — это область пространства, из которой ничто не может вырваться. Американский физик-теоретик Джон Уилер в 1967 году, во время презентации в Институте космических исследований имени Годдарда НАСА, связал термин «чёрная дыра» с объектами, подверженными гравитационному коллапсу, который был предсказан в начале XX века.
Чёрные дыры невозможно увидеть.
Поскольку свет не может вырваться из мощного гравитационного поля чёрной дыры, мы не можем увидеть её непосредственно. Однако мы можем наблюдать, как её гравитация влияет на окружающие небесные тела и газы.
Астрономы изучают звёзды, чтобы определить, вращаются ли они вокруг чёрной дыры. Когда звезда и чёрная дыра находятся близко друг к другу, они излучают свет, который обычно фиксируют космические телескопы и спутники.
В 2019 году учёные впервые в истории сделали снимок чёрной дыры, которая находится на расстоянии 500 миллионов триллионов километров от нас. Изображение было получено с помощью сети из восьми телескопов, расположенных по всему миру.
Эта сверхмассивная чёрная дыра имеет ширину 40 миллиардов километров и в 6,5 миллиардов раз превышает массу Солнца.
Существует четыре типа чёрных дыр (три реальных и одна гипотетическая):
Звёздные чёрные дыры— это небольшие чёрные дыры с массой от 5 до нескольких десятков масс Солнца. Они образуются в результате гравитационного коллапса крупных звёзд.
Сверхмассивные чёрные дыры — самые крупные чёрные дыры с массой от сотен тысяч до миллиардов масс Солнца. Их происхождение до сих пор остаётся загадкой для учёных.
Промежуточные чёрные дыры - значительно массивнее звёздных чёрных дыр, но меньше сверхмассивных. Наиболее убедительные доказательства существования таких небесных тел были получены при изучении некоторых активных галактических ядер с низкой светимостью.
Изначальные чёрные дыры - это гипотетические чёрные дыры, которые могли образоваться вскоре после Большого Взрыва. Их масса может быть намного меньше, чем у звёздных черных дыр. Стивен Хоккинг подробно исследовал эти чёрные дыры и обнаружил, что они могут весить всего 100 микрограммов.
Чёрная дыра состоит из следующих слоёв:
Сингулярность — это центр чёрной дыры. Здесь вся масса сжимается до почти нулевого объёма. Из-за этого плотность сингулярности становится почти бесконечной, а гравитационная сила — огромной.
Внешний горизонт событий — это самый внешний слой. Из него материалы могут вырваться из гравитации чёрной дыры. Гравитационное притяжение этого слоя не такое сильное, как в центральном или среднем слое.
Внутренний горизонт событий — это центральный слой. Из него вещество не может убежать. Этот слой толкает вещество к центру чёрной дыры, где гравитационное воздействие наиболее сильное.
Релятивистский джет — это коллимированный высокотурбулентный поток плазмы и релятивистских частиц. Он образуется в результате аккреции вещества на сверхмассивную чёрную дыру, которая находится в центре активного ядра галактики.Релятивистские джеты испускают непрерывное излучение во всём диапазоне электромагнитного спектра, от радиоволн до высокоэнергетического гамма-излучения. Они также могут быть источниками высокоэнергетических астрофизических нейтрино.
Фотонная сфера — это сферическая область пространства-времени с высокой гравитацией, вокруг которой свет и, следовательно, фотоны движутся по орбитам. Фотонная сфера возникает вблизи горизонта событий чёрной дыры, где гравитация настолько сильна, что испускаемые фотоны не просто огибают чёрную дыру, но и возвращаются в точку, откуда они были испущены. Фотонные сферы могут существовать только в пространстве, окружающем чрезвычайно компактный объект — чёрную дыру или, возможно, ультракомпактную нейтронную звезду.
Черная дыра может быть размером до 0,1 миллиметра.
Чёрная дыра может быть очень маленькой, как Луна, или же огромной, в десять миллиардов раз больше массы Солнца. Её масса зависит от размера горизонта событий, который определяется радиусом Шварцшильда. Этот радиус — точка, в которой скорость убегания равна скорости света.
Важно отметить, что чёрная дыра не может быть бесконечно маленькой. Её минимальная масса составляет примерно 22 микрограмма и называется массой Планка.
Искажает пространство и время.
Под воздействием огромной гравитации чёрная дыра способна искривлять пространство-время в своём окружении. Согласно общей теории относительности, чем ближе вы находитесь к чёрной дыре, тем медленнее для вас течёт время.
Горизонт событий — это граница вокруг чёрной дыры, за которой ни один объект, даже свет, не может избежать её притяжения. На этом горизонте гравитационная сила остаётся постоянной.
Чёрные дыры убьют вас ужасным способом.
Если вы упадёте в чёрную дыру, то испытаете действие огромной приливной силы. Приливная сила — это разница между силой тяжести, действующей на голову и ноги. Сила, действующая на голову (если вы падаете головой вперёд), будет намного сильнее, чем сила, действующая на ноги.
Из-за этой разницы вы почувствуете, что вас разрывает на части, растягивает от головы до ног. Чем ближе ваша голова к чёрной дыре, тем быстрее она движется. Но нижняя часть вашего тела находится дальше и поэтому не движется к центру так быстро.
Когда приливная сила превысит молекулярные силы, которые связывают вашу плоть, ваше тело разорвётся на две части. Эти две части также разорвутся на две другие части и так далее. Вас будет выдавливать через ткань пространства-времени, как зубную пасту через трубку.
Во Вселенной существует бесчисленное множество чёрных дыр.
Наша галактика, например, содержит более 100 миллионов звёздных чёрных дыр, а также сверхмассивную чёрную дыру Стрелец А в её ядре.
Почти 100 миллиардов галактик, каждая из которых имеет в своём ядре сверхмассивную чёрную дыру и содержит 100 миллионов звёздных чёрных дыр (хотя другие типы чёрных дыр ещё изучаются), — это как пытаться сосчитать количество песчинок на Земле.
