Черные дыры — регионы космоса, где гравитация не позволяет избежать притяжения ничему, ни материи, ни даже свету. Идея чёрных дыр была озвучена физиками еще в 1916-м, но тогда ученые не знали, существуют ли они на самом деле. Теперь мы знаем, что они реальны и встречаются в разных уголках вселенной. Сайт livescience.com ответил на самые важные вопросы о чёрных дырах.
Как появляются черные дыры?
Черные дыры могут сформироваться в результате смерти большой звезды. Они появляются потому что звезды вырабатывают свет и тепло в процессе ядерного синтеза, при котором два маленьких атома объединяются в один тяжелый и выпускают энергию. Тяжелые атомы, в свою очередь, объединяются в еще более тяжелый — и так звезда продолжает генерировать тепло.
Когда очень большие звезды приближаются к концу своего жизненного цикла, ближе к их центру начинает происходить синтез тяжелейших атомов. В какой-то момент они начинают формировать атомы железа, но это пожирает гораздо больше энергии, чем генерирует реакция — и звезда проваливается внутрь самой себя, формируя черную дыру.
Сверхмассивные черные дыры — особый тип чёрных дыр, чей размер в миллионы раз превышает размеры нашего Солнца. Такие дыры формируются в течение сотен миллионов лет, подпитываясь окружающими материалами и сливаясь с другими черными дырами.
Кроме того, есть вероятность, что существуют черные дыры, зародившиеся еще в момент появления самой вселенной. Если они реальны, то такие «первобытные» черные дыры сформировались вскоре после Большого взрыва, потому что в космосе были регионы, где материю очень сильно сплющило. Однако ученые пока не обнаружили ни одной такой дыры.
Что происходит внутри черной дыры?
Черные дыры со стороны могут выглядеть пустыми, но в реальности это не так. Внутри черной дыры находятся тонны материи, сжимаемой в бесконечно маленькую, невероятно плотную точку — сингулярность. Физики не знают, что происходит в сингулярности: она нарушает известные науке законы физики, что, технически, делает существование сингулярности невозможным.
А вокруг сингулярности находится горизонт событий — невидимая граница, очерчивающая «вход» в черную дыру. Любой объект, переступивший горизонт событий, не может возвратиться назад ни при каких обстоятельствах. Для того, чтобы убежать из черной дыры, он должен развить скорость выше скорости света, а это нереально.
Как выглядят черные дыры?
Черные дыры выглядят черными из-за своей силы притяжения: она так велика, что даже свет не может убежать из дыры. А поскольку центр дыры не излучает свет, она выглядит черной. Но у астрономов есть и другие способы обнаружения чёрных дыр.
Например, один из них — поиск квазаров. Очень горячих, ярких объектов, появляющихся всякий раз, когда черные дыры втягивают в себя газ и пыль. Кольцо материи вокруг черной дыры ярко сияет, благодаря чему астрономы и могут их заметить. Некоторые квазары сияют ярче целых галактик — они видимы на расстоянии миллиардов световых лет.
Черные дыры также можно заметить при слиянии. Когда две дыры сталкиваются, по пространству-времени расходятся гравитационные волны — они в чем-то похожи на круги на воде. Гравитационные волны очень слабые, но чувствительные инструменты на Земле могут их обнаружить. На этот момент ученые зафиксировали как минимум 50 инцидентов слияния чёрных дыр.
Первую настоящую «фотографию» черной дыры ученые получили в 2019 году, когда астрономы сделали изображение кольца материи вокруг дыры M87* с помощью телескопа Event Horizon. Черная дыра, чья масса превышает массу Солнца в три миллиарда раз, внешне похожа на искаженный оранжевый бублик. Поскольку саму черную дыру нереально сфотографировать из-за отсутствия света, на фото астрономов попала ее «тень».
Что будет, если человек попадет в черную дыру?
Попадание в черную дыру — гарантированная смерть. По мере приближения к черной дыре силы притяжения становятся настолько мощными, что человека вытянет в длинные, тонкие волокна частиц еще до перехода за горизонт событий — ученые называют эту незавидную доля «спагеттификацией».
Черные дыры среднего размера превратят человека в «спагетти» так быстро, что мозг мгновенно распадется на индивидуальные атомы — жертва даже не заметит. А вот более крупные черные дыры растягивают этот процесс из-за искажения времени. Теоретически это создаст странный эффект: посмотрев в центр черной дыры человек увидит, что происходило в прошлом, а оглянувшись — увидит будущее.