Что такое чёрная дыра
Чёрная дыра — это область пространства с невероятно большой плотностью и сильной гравитацией.
Она появляется, когда массивная звезда умирает и сжимается до точки с огромной плотностью — вся её масса концентрируется в крошечном объёме. Эту точку учёные называют сингулярностью. Вокруг неё возникает невидимая граница — горизонт событий. Если что-то пересечёт его, вернуться назад будет уже невозможно.
А ещё чёрная дыра — это единственное физическое воплощение бесконечности во Вселенной. Но почему?
Может показаться, что она бессмертна. Действительно, учёные выяснили: чёрные дыры живут так долго, что мы никогда не увидим смерть ни одной из них. Нашей Вселенной 14 миллиардов лет, а самая маленькая чёрная дыра живёт в 1050 раз дольше. Но Стивен Хокинг выяснил, что со временем она испаряется за счёт излучения.
Если чёрная дыра не бессмертна, то, наверное, она бесконечно тяжёлая. Раньше учёные тоже так думали, пока не нашли ответ: она может весить, как несколько десятков или даже миллионов Солнц. Например, у чёрной дыры в центре нашей галактики Млечный Путь масса, как у четырёх миллионов Солнц, но всё же не бесконечная.
Возможно, бесконечна скорость, с которой всё затягивает в чёрную дыру. Но это тоже неверно, ведь самая большая скорость в нашей Вселенной — это скорость света, которая составляет почти 300 км/с, и она конечна.
Ответ — в сингулярности: в центре чёрной дыры бесконечная плотность и гравитация.
Первое фото чёрной дыры учёные сделали только в 2019 году. Она находится в центре галактики Messier 87 в созвездии Девы на расстоянии 53 миллионов световых лет от Земли. Но как объяснить, что за четыре года до этого в фильме «Интерстеллар» чёрную дыру показали ровно такой же?
Всё дело в уравнении, которое связывает материю и гравитацию. Благодаря ему учёные смогли предсказать, как выглядят чёрные дыры, ещё 100 лет назад. А вывели это уравнение Альберт Эйнштейн и Давид Гильберт.
Правая часть уравнения описывает количество материи в объекте Вселенной. Левая же показывает, как этот объект притягивает к себе другие объекты с помощью гравитации. Если в одном месте собирается достаточно много материи, то образуется планета, которая притягивает к себе несколько спутников. Ещё больше материи — и появится звезда, которая будет вращать вокруг себя планеты. Но если взять, например, нашу планету и сжать её до размеров мячика для гольфа, то получится чёрная дыра.
По теории Эйнштейна и Гильберта, если сжать объект достаточно сильно, дальше гравитация сама схлопнет его до крошечной точки. Это будет похоже на прокол в пространстве-времени, из которого не сможет выбраться даже свет.
Небольшую чёрную дыру Стивен Хокинг предлагал использовать как источник энергии. Чёрная дыра размером с гору могла бы давать излучение мощностью около 10 миллионов МВт. Этого достаточно, чтобы снабжать электроэнергией весь мир.
«Но чёрную дыру сложно обуздать. Вы не можете поместить её внутрь электростанции, ведь она провалится сквозь пол и остановится лишь в центре Земли», — говорил Хокинг.
Почему чёрные дыры так называются
Термин «чёрная дыра» — это удачное и понятное обозначение, как, например, Большой взрыв. Идея чёрных дыр появилась в конце XVIII века, и тогда их называли по-разному: «застывшие звёзды» или «коллапсары». Однако научный журналист Энн Юинг предложила название «чёрная дыра», которым мы пользуемся до сих пор.
В науке термины часто становятся популярными и приживаются именно из-за своего удобства. «Дыра» — потому что попавшие в неё объекты не могут вернуться обратно. «Чёрная» — потому что сам объект практически не излучает свет. Но несмотря на название, чёрные дыры могут выглядеть очень ярко: в рентгеновском или радиодиапазоне они излучают свет, сравнимый со светом от тысячи галактик.
Виды чёрных дыр
Чёрные дыры делятся на несколько типов в зависимости от массы. Они могут быть совсем небольшими, в несколько раз тяжелее Солнца, и огромными, с массой в миллиарды раз больше него.
Сверхмассивные чёрные дыры
Это космические «великаны» — их масса в миллиарды раз превышает массу Солнца. Такие исполины обычно обитают в центральных областях галактик. Например, в центре Млечного Пути находится чёрная дыра Стрелец A*, которая в четыре миллиона раз тяжелее Солнца.
Учёные предполагают, что сверхмассивные чёрные дыры образуются в результате слияния более мелких чёрных дыр и поглощения большого количества материи поблизости.
Чёрные дыры звёздной массы
«Средние» чёрные дыры весят, как несколько Солнц. Они появляются, когда звезда исчерпывает своё топливо, не может продолжать термоядерный синтез водорода и умирает. Если такие объекты находятся в двойных звёздных системах, в которых живут сразу две звезды, они начинают поглощать вещество объектов поблизости. Считается, что в нашей галактике может быть около миллиарда чёрных дыр звёздной массы.
Чёрные дыры средней массы
Подобные объекты встречаются нечасто. Их масса составляет от 10 до 10 000 масс Солнца. Они могут представлять собой промежуточное звено между чёрными дырами звёздной массы и сверхмассивными чёрными дырами. Их возникновение связывают со столкновениями чёрных дыр звёздной массы и массивных звёзд. На сегодняшний день обнаружено более 300 потенциальных кандидатов в чёрные дыры средней массы.
Первичные чёрные дыры
Существуют чёрные дыры, которые родились в первые моменты после Большого взрыва. Их масса может быть относительно небольшой по космическим меркам и сравнима с массой астероида.
Самая большая чёрная дыра
Чёрная дыра Phoenix A одна из самых крупных во Вселенной. Она находится в центре скопления тысяч галактик Феникса. Масса чёрной дыры достигает 100 миллиардов солнечных масс.
Учёные нашли эту гигантскую чёрную дыру благодаря её активности: сначала заметили мощные радиоволны, а затем измерили, как быстро звёзды вращаются вокруг центра галактики. Их скорость была настолько высокой, что только сверхмассивная чёрная дыра могла бы так разогнать их.
Phoenix A — это первичная чёрная дыра, которая начала расти почти сразу после Большого взрыва. За миллиарды лет она поглотила огромное количество материи. Phoenix A находится в центре массивной галактики с триллионами звёзд, которые постоянно добавляют ей массы — именно поэтому она стала такой огромной.
Горизонт событий Phoenix A в 100 раз больше расстояния от Солнца до Плутона. Но для нас она не представляет угрозы, потому что Phoenix A находится на огромном расстоянии от Земли — 8,5 миллиарда световых лет.
Почему чёрные дыры не засасывают Вселенную
Зона сильного гравитационного влияния чёрной дыры гораздо меньше размеров Вселенной. Это касается даже сверхмассивных чёрных дыр, таких как та, что находится в центре Млечного Пути. Возможно, она уже поглотила большинство звёзд, обитающих рядом. Однако звёзды, которые находятся поодаль, в безопасности — гравитация чёрной дыры на них уже не действует. Поэтому и самая близкая чёрная дыра к Земле, расположенная в 26 000 световых лет, никак не навредит человечеству.
Масса этой чёрной дыры уже в несколько миллионов раз превышает массу Солнца, и её увеличение за счёт поглощения нескольких звёзд будет незначительным. Важно помнить, что чёрная дыра не может расти бесконечно.
Что, если человек попадёт в чёрную дыру
Благодаря математике и концепции бесконечностей сегодня мы можем представить, что происходит при падении человека в чёрную дыру.
Представьте, что вы подлетаете к чёрной дыре. Гравитация в этой области настолько сильна, что она закручивает не только пролетающие мимо объекты, но и свет. В какой-то момент он начинает вращаться по кругу, создавая оптическую иллюзию: вы увидите свою спину, так как свет от неё сделает полный оборот и попадёт на сетчатку глаз.
Дальше вы приблизитесь к горизонту событий. Достигнув его, вы окажетесь в области, из которой ничто не может вырваться наружу.
Что происходит за горизонтом событий, зависит от типа чёрной дыры. Если это обычная чёрная дыра, гравитация будет нарастать так стремительно, что ваше тело растянется, превратившись в бесконечное спагетти. Учёные так и называют этот процесс — «спагеттификация». Чтобы избежать этого, нужно попасть в сверхмассивную чёрную дыру, масса которой в миллион раз превышает массу Солнца. В ней гравитация будет распределяться равномерно, и вы сможете пересечь горизонт событий. После этого ваше время остановится относительно наблюдателей на Земле.
Но что будете ощущать вы сами? Кажется, для вас время ускорится, и вы сможете увидеть будущее. В фильме «Интерстеллар» герои оказались на планете рядом с чёрной дырой, где один час был равен семи земным годам. Внутри чёрной дыры этот эффект усиливается. Однако чтобы его заметить, вам придётся замедлить падение. Для этого потребуется огромное количество энергии, как у миллиарда ракетных движков Space X. Это даст вам пару секунд, чтобы заглянуть в будущее. Но, к сожалению, рассказать об этом вы не сможете, ведь выбраться за горизонт событий свет не сможет, а значит, и информация тоже.
После пересечения горизонта событий вы распадётесь на мелкие частицы и станете частью сверхплотной массы, чёрной дыры, единственной физической бесконечности во Вселенной. Других таких бесконечностей учёные не обнаружили. Мы даже не знаем, бесконечна наша Вселенная, потому что получаем информацию благодаря свету, а за границей видимой части Вселенной его нет. Так, мы не можем узнать, что находится за пределами видимого мира.
Главное о чёрных дырах
- Чёрная дыра — это область с огромной плотностью и гравитацией. Она образуется, когда массивная звезда умирает и сжимается до крошечной точки.
- Сингулярность чёрной дыры — это её центр, точка с бесконечной плотностью и гравитацией.
- Горизонт событий — это невидимая граница вокруг чёрной дыры. Её называют невозвратной: если объект пересекает горизонт событий, он уже не сможет вырваться наружу.
- Первую фотографию чёрной дыры удалось сделать в 2019 году — это была дыра в галактике Messier 87 в созвездии Девы. Однако благодаря уравнению Эйнштейна и Гильберта учёные знали, как выглядит чёрная дыра, ещё за 100 лет до этого фото.
- Чёрные дыры бывают сверхмассивными, звёздной массы, средней массы и первичными.
- Чёрная дыра не может засосать Вселенную. Её гравитация бесконечно сильна, но действует локально, в области поблизости чёрной дыры.
- Время рядом с чёрной дырой замедляется. Близость к горизонту событий искажает его — часы там идут гораздо медленнее. В центре же чёрной дыры время останавливается.
- Чёрные дыры не вечны. Они испаряются за счёт излучения Хокинга, но этот процесс длится невообразимо долго — дольше возраста Вселенной на сегодняшний день.
Ответим на ваши вопросы
Свяжемся с вами в течение 5 минут и проведём бесплатную консультацию по вопросам перехода на домашнее обучение
Позвоним с 8 до 21 в рабочие дни
