Чёрные дыры - одни из самых загадочных объектов Вселенной. Если проанализировать все вопросы, которые мне задавали на моих научно-популярных выступлениях, то большая часть из них - именно про чёрные дыры. И большего всего их задают юные любители космоса.
В текущей публикации расскажу об анатомии чёрной дыры в максимально доступной форме.
Горизонт событий
Это то, что делает чёрную дыру черной. Мы можем представить горизонт событий как поверхность черной дыры. Внутри этой границы скорость, необходимая для того, чтобы покинуть черную дыру, превышает скорость света, то есть самую быструю скорость, с которой может двигаться что угодно. Таким образом, все, что попадает за горизонт событий, обречено оставаться внутри него – даже свет.
Поскольку свет не может вырваться наружу, черные дыры сами по себе не излучают и не отражают его, и ничто из того, что происходит внутри них, не может дойти до стороннего наблюдателя. Но астрономы могут наблюдать черные дыры благодаря свету, излучаемому окружающей материей, которая еще не достигла горизонта событий.
Аккреационный диск
Основным источником света от черной дыры является структура, называемая аккреационным диском. Черные дыры растут, поглощая материю и сливаясь с другими черными дырами. Черная дыра может вытягивать газ из звезды. Этот газ оседает в виде горячего, яркого, быстро вращающегося диска.
Аккреационный диск имеет странную форму, если смотреть на него под любым углом. Это связано с тем, что гравитационное поле черной дыры искривляет пространство-время. И свет, соответственно, должен следовать по этому искаженному пути.
Астрономы называют этот процесс гравитационным линзированием. Кажется, что свет, приходящий к нам с верхней части диска за черной дырой, образует над ней горб. Свет, исходящий из-под дальней стороны диска, проходит по другому пути, создавая еще один горб внизу. Размеры и форма бугорков меняются, когда мы смотрим на них под разными углами, и мы вообще не видим никаких бугорков, если смотреть на диск прямо перед собой.
Тень на горизонте событий
Горизонт событий улавливает любой свет, проходящий через него, а искаженное пространство-время вокруг него заставляет свет перенаправляться посредством гравитационного линзирования. Эти два эффекта приводят к образованию темной зоны, которую астрономы называют тенью горизонта событий, которая примерно в два раза больше реальной поверхности черной дыры.
Доплеровское излучение
При взгляде под большинством углов одна сторона аккреционного диска кажется ярче другой. Вблизи черной дыры диск вращается так быстро, что становится очевидным действие теории относительности Эйнштейна. Свет, исходящий из той части диска, которая вращается в нашу сторону, становится ярче и голубее, в то время как свет, исходящий со стороны диска, который вращается в противоположную от нас сторону, становится тусклее и краснее. Это оптический эквивалент повседневного акустического явления, при котором высота и громкость звука, такого как сирена, повышаются и понижаются по мере приближения и прохождения источника. Струи частиц, выбрасываемые черной дырой, демонстрируют этот эффект еще более драматично.
Джеты
В черных дырах любого размера вблизи внутреннего края аккреационного диска может происходить нечто странное. Небольшое количество вещества, направляющееся к черной дыре, может внезапно превратиться в пару струй, которые разлетаются в противоположных направлениях. Эти струи выбрасывают частицы со скоростью, близкой к скорости света, но астрономы до конца не понимают, как они работают. Струи из сверхмассивных черных дыр, которые находятся в центрах большинства крупных галактик, могут достигать сотен тысяч световых лет.
Сингулярность
Общая теория относительности предсказывает, что в самом центре черной дыры находится точка, где материя сжимается до бесконечной плотности. Это конечный пункт назначения для всего, что попадает в горизонт событий. Сингулярность может быть либо физической структурой, либо чисто математической, но на данный момент астрономы не знают, что из этого верно.
Вот такая статья про анатомию чёрной дыры. Как вам, понравилась или слишком сложно?
Автор: Денис Прудник - аэрокосмический инженер и молодой ученый. Популяризатор космонавтики. Лектор Российского общества «Знание». Научно-популярный блогер. Автор двух детских научно-популярных книг про космос