Их не увидеть в телескоп: черные дыры

«Черные дыры можно было бы использовать разве что для избавления от мусора или даже от некоторых друзей.»
С. Хокинг

Все слышали о таинственных и страшных черных дырах, которые затягивают в себя все, что есть поблизости. Существует гипотеза, что черная дыра — это дверь в другое измерение. А что известно об этих объектах науке?

Притяжение и скорость убегания

Откуда берутся черные дыры? На этот счет у астрофизиков есть несколько теорий. Самая популярная: черная дыра появляется на месте массивной звезды, в которой закончился весь водород — топливо для термоядерных реакций. Звезда, под действием силы гравитации, начинает стремительно сжиматься. После этого она может взорваться как сверхновая. Но если масса звезды велика (как минимум в три раза больше массы Солнца), то процесс сжатия продолжается, звезда как будто обрушивается внутрь самой себя, и на ее месте появляется черная дыра. То, что было мощным источником энергии, превращается в еще более мощный ее поглотитель.

Черная дыра затягивает в себя звезды и материю

Ученые считают, что не все черные дыры появились после взрывов звезд. Особо крупные образовались вместе со всей Вселенной, сразу после Большого взрыва. Скорее всего, черная дыра в центре Млечного Пути сформировалась именно тогда.

Черная дыра — это область с таким сильным притяжением, что ее не может покинуть ничто, даже свет. Поэтому увидеть саму черную дыру невозможно, о ее существовании ученые догадываются по поведению расположенных поблизости космических объектов: вокруг черных дыр вращается горячий газ, и звезды, притягиваемые гравитацией, движутся быстрее.

Черная дыра может засасывать в себя все что угодно: астероиды, звезды, даже целые звездные системы. Чтобы выбраться из черной дыры, объект должен иметь такую энергию, какой у него быть не может. Подобная энергия называется скоростью убегания. Это скорость, которая нужна для того, чтобы покинуть какой-либо космический объект. Например, чтобы покинуть Землю, ракета должна развить вторую космическую скорость — 11 км/с. На Марсе гравитация меньше, поэтому достаточно будет разогнаться до 5 км/с. Ну а чтобы выбраться из черный дыры, нужна скорость, превышающая скорость света, то есть больше 300000 км/с. Такая скорость в нашей Вселенной невозможна, ее не может развить даже свет.

Черная дыра может иметь звездную массу, как у обычной звезды. Это первый тип черных дыр. Сверхмассивные черные дыры достигают массы, равной от миллиона до миллиарда масс Солнца. Черные дыры — самые тяжелые объекты во Вселенной.

Черные дыры растягивают все, что попадает в зону их влияния. Когда мы стоим на Земле, сила тяжести сильнее действует на наши ноги, так как они ближе к центру планеты. Но мы этого не замечаем. У черных дыр же гравитация чудовищная и может растянуть любые объекты

Упасть за горизонт

Граница черной дыры называется горизонтом событий. Тело, попавшее за этот горизонт, падает в центр дыры и уже никогда не сможет выбраться наружу. Размер горизонта событий зависит от массы черной дыры. Например, звезда, масса которой была в три раза больше массы Солнца, превратившись в черную дыру, будет иметь горизонт событий диаметром 18 километров. Это самая маленькая черная дыра. В центре нашей галактики находится черная дыра диаметром 6 миллионов километров, она могла образоваться из звезды или нескольких звезд массой в миллион Солнц. Если бы можно было сделать черную дыру из нашей Земли (а это невозможно, потому что она является планетой и весит слишком мало), то ее горизонт событий составил бы всего два сантиметра в диаметре.

Объекты, попавшие за горизонт событий, стремительно втягиваются в черную дыру, где находится вещество бесконечной плотности. Здесь образуется сингулярность — область, где привычные нам законы физики не действуют, а какие действуют, современной науке неизвестно.

Некоторые ученые считают, что в черных дырах находятся пространственно-временные туннели, через которые можно попасть в другую Вселенную. В той Вселенной должна находиться так называемая белая дыра, противоположная черной,— место, откуда фонтаном изливается энергия. Доказательств этой смелой теории пока нет. Раз белые дыры существуют в параллельной Вселенной, то они должны быть и у нас, как туннели оттуда. Ни одной белой дыры до настоящего момента не обнаружено, но на их роль могут претендовать квазары.

Стивен Хокинг обнаружил, что черные дыры потихоньку испаряются. Это испарение очень незначительно, но за миллиарды лет объект может испариться полностью

Кривое пространство и неправильное время

В черных дырах происходят очень странные изменения времени и пространства. Например, прямая линия, по которой в нормальных условиях движется свет, в районе черной дыры становится кривой. Значит, пространство меняет свою структуру.

Чтобы проиллюстрировать искривление времени, можно представить гипотетический опыт. В черную дыру опускается космический аппарат, на поверхности которого находятся часы. За ними наблюдают с Земли в телескоп. Чем больше этот аппарат будет приближаться к черной дыре, тем сильнее будет замедляться время на часах. А если внутри аппарата окажется космонавт, то на его часах время будет идти в обычном режиме, и он не заметит никакого искривления. То есть с точки зрения наблюдателя и с точки зрения участника событий время будет идти по-разному. Этот эффект называется гравитационным замедлением времени.

С расстоянием тоже произойдут интересные вещи. Если на падающее в черную дыру тело будет смотреть наблюдатель, то ему покажется, что тело постепенно замедляется и в итоге практически останавливается у горизонта. А на самом деле оно уже упало вниз.

Вблизи черных дыр не образуются новые звезды. Дело в том, что для того, чтобы начался процесс рождения звезды, межзвездный газ должен остыть. Черные дыры же постоянно его разогревают