Что такое черные дыры?
У самых массивных звезд сжатие ядра на стадии нейтронных звезд не заканчивается. Гравитационный коллапс всегда сжимает такую звезду «до упора», полностью разрушая ее вещество. В результате возникает своеобразный суперконцентрат гравитационного поля, или сингулярность. Это совершенно особый мир, замкнутый в бесконечно малом объеме, но вместе с тем бездонный. Вблизи черной дыры радикально меняются свойства пространства и времени. Сила тяготения там стремится к бесконечности. Огромная сила тяжести препятствует какому-либо излучению из недр черной дыры.
В реальности существования черных дыр сейчас мало кто из астрономов сомневается. Дело в том, что есть наблюдаемые объекты, свойства которых невозможно интерпретировать иначе как то, что они ведут себя подобно черным дырам. В нашей галактике найдено порядка 50 объектов такого сорта.
Обычно кандидатов в черные дыры находят на орбитах вокруг нормальной звезды. Точнее, это двойная звезда, в системе которой один партнер является обычной видимой звездой, а второй — черной дырой. Под влиянием мощного поля тяготения вещество обычной звезды перетекает на черную дыру. При этом оно падает на нее по траектории-спирали с большой скоростью, разогреваясь до высоких температур. По мере того как вещество из нормальной звезды падает к черной дыре, оно испускает заметное рентгеновское излучение до того, как навсегда в ней исчезнет.
Подобного рода исследования с регистрацией не только рентгеновского, но и радио-, инфракрасного и оптического излучений показали, что значительно большие черные дыры, называющиеся супермассивными, существуют в центре большинства галактик. Они имеют массу, колеблющуюся от нескольких миллионов до нескольких миллиардов масс Солнца. Супермассивная черная дыра в центре Млечного Пути имеет массу только около 4 млн солнечных масс.
Черная дыра — это не просто какое-то особое вещество, а область пространства с уникальными свойствами. У нее нет твердой поверхности, есть только граница, которую называют горизонтом событий. Именно она отделяет недра черной дыры от остального мира. А все, что попало за горизонт, навсегда останется внутри. Поскольку лучи света не могут вырваться из дыры, теряется возможность получить какую-либо информацию о ней.
Как дыра устроена внутри, до настоящего времени неизвестно. Ведь у астрономов нет никаких наблюдательных данных о таких объектах, поскольку сигналы из них наружу не выходят. Все, что подходит достаточно близко к дыре, исчезает в самом ее центре.
Туда не пошлешь космический зонд, как на Лун, с тем, чтобы он вернулся, отщипнув от дыры кусочек. Так что мы не знаем, что там творится. Известно, правда, что многие физические величины (плотность, давление, сила тяжести) достигают бесконечных значений. Поэтому при приближении к центру дыры любой объект, изготовленный из ныне известных материалов, будет раздавлен и разорван силами ее гравитации. Это означает, что известные физические законы там перестают быть верными.
Существует три основных типа черных дыр. Самый известный — это черные дыры звездных масс, возникающие на финальных стадиях эволюции самых массивных звезд. Второй тип — это сверхмассивные объекты в центрах галактик. И, наконец, черные дыры промежуточных масс, остающиеся пока загадочными. Они являются промежуточным звеном в эволюции черных дыр между двумя первыми типами. Предполагается, что если черные дыры начинаются с малых размеров и масс и затем растут путем слияния с другими черными дырами, то, заглатывая материю, они должны пройти через такую фазу.
Естественно, эта черная дыра стремится поглотить все, что проходит рядом с ней. Кроме того, она очень активна: не только пожирает, но и часто «выплевывает» погаснувшие звезды и оставшийся газ со звездной пылью.
Далее, бывают черные дыры, вращающиеся подобно волчку, и те, которые не вращаются. Невращающиеся дыры идеально шарообразны, их размеры зависят только от их массы, а потому все дыры с одинаковыми массами абсолютно одинаковы.
Вращающиеся черные дыры кружатся в пространстве с постоянной скоростью, имея ось симметрии (подобную оси вращения Земли). При этом, как и у обычного небесного тела, диаметр по экватору больше диаметра по оси симметрии. Попросту говоря: дыра тоже вроде как сплющивается! Это сплющивание тем больше, чем выше скорость вращения. Поэтому размеры вращающейся черной дыры зависят только от ее массы и скорости вращения. А вся информация о звезде, погибшей при родах этой дыры, полностью пропадает.