Що таке чорна діра в Космосі смертельна пастка чи прояв різноманітності світобудови

Напевно, жодне явище в астрономії чи космогонії не набуло такої широкої популярності серед масового читача, як поняття про «чорні діри». Людина може мати мінімальні знання про далекий Космос, але він обов'язково чув, що десь у міжзоряних просторах існують жахливі та таємничі об'єкти, які мають назву «чорні дірки». Їм присвячені сотні статей та десятки книг, що склали справжню «астрономічну белетристику». При всьому цьому, чітко пояснити, що таке чорна дірка в Космосі, як не дивно, здатна лише невелика кількість людей.

Історія питання

Сьогодні в це неможливо повірити, але ідея про те, що у Всесвіті можуть існувати «чорні зірки», вперше була висловлена Джоном Мічеллом ще далекого 1784! Тоді, наприклад, Європа ще нічого не чула про Наполеона!

Мічелл припустив, що можна уявити собі масивне небесне тіло невеликих розмірів (і, відповідно, величезної щільності), що має настільки потужну силу тяжіння, що навіть фотони світла не зможуть вирватися з його поверхні назовні. Такий об'єкт виглядав би для стороннього спостерігача вічною та абсолютною чорнотою.

Ідеї скромного Мічелла не знайшли відгуку у сучасників, але на них звернув увагу найвідоміший астроном і математик того часу П'єр-Сімон Лаплас. Він обговорив їх в одному зі своїх праць, завдяки чому вони і стали широко відомими у вузьких колах.

Втім, ці теоретичні міркування не набули широкої популярності. Вони не могли бути витлумачені в рамках ньютонівської фізики небесних тіл, що панує тоді. І лише у першій чверті XX століття, коли геніальний Альберт Ейнштейн розробив основніположення загальної теорії відносності, ідея про чорні діри набула свого «другого дихання».

Треба сказати, сам Ейнштейн не вірив у існування таких небесних об'єктів. Він вважав, що висновок про колапсарів - чисто теоретичний, який не має свого реального підтвердження. Справжнім «батьком» чорних дірок став німецький фізик-теоретик Карл Шварцшільд. Використовуючи роботи Ейнштейна, він 1915 року розрахував їх основні фізичні властивості. Цікаво, що при цьому він також вважав, що такі дивовижні об'єкти навряд чи здатні утворюватись у реальності.

Портрет «таємничих та жахливих»

То що таке чорні дірки, які їх відмінні властивості? Природа цього явища неймовірно складна, не зрозуміла остаточно сучасної наукою. Тим важче розповісти її доступною мовою.

Явище чорних дірок безпосередньо з поняттям простору і часу. У загальній теорії відносності ці фізичні поняття у єдності і тісно пов'язані з питаннями гравітації. У цій теорії гравітацію можна порівняти з туго натягнутим батутом. На його рівній та еластичній поверхні розташовані небесні тіла, подібно до важких куль. Кожна з таких куль трохи прогинає наш «батут» — єдиний простір-час, утворюючи в ньому своєрідну вирву.

Чим важчий небесний об'єкт, тим глибшу воронку він продавлює навколо себе. Інші, дрібніші, потрапляючи в цю вирву, починають рухатися її стінками, не в силах «викотитися» назовні. Ми говоримо в цьому випадку одне небесне тіло притягло інше.

Але якщо уявити, що небесне тіло стає все важчим, воно прогинає під собою «батут» все глибше і глибше. Вирва стає дуже вузькою, глибокою, що нагадує вже, швидше, шийку пляшки. За певних обставинвона стає настільки тонкою та довгою, що буквально хлопається. Небесне тіло, що продавило таку вирву, стає невидимим, а всі тіла, що опинилися поблизу нього, навіки «запечатуються» всередині гравітаційної вирви. І навіть частинки світла - фотони, як прозорливо вказав свого часу Мічелл, не зможуть покинути поверхню такого тіла. Так народжується «чорна діра».

Деякі характеристики чорних дірок

Зрозуміло, що для народження подібного об'єкта він повинен мати неймовірну щільність. Власне, теоретично будь-яке тіло у Всесвіті можна перетворити на чорну дірку, навіть нашу Землю. Щоправда, для цього її доведеться стиснути до розмірів лісового горіха! Як правило, такі малі небесні об'єкти не здатні стиснутися до таких меж, тому вчені виділяють всього два способи утворення чорних дірок:

Стиснення (колапс) великих зірок, що відпрацювали своє ядерне паливо. Звідси і названа назва — колапсари. Щоб зірка зникла до стану чорної дірки, її початкова маса повинна в кілька десятків разів перевищувати масу Сонця.
Стиснення (схлопування) величезних мас міжзоряного пилу і зоряних скупчень, що у самому центрі будь-якої Галактики. У цьому виникають особливі чорні дірки, названі надмасивними. Зараз серед учених все більше поширюється думка, що в центрі кожної, без винятку, Галактики розташована надмасивна чорна діра вагою, що дорівнює кільком мільйонам сонячних мас.

Описати всі властивості чорних дірок неможливо. У всякому разі, це можна зробити тільки до певного радіусу, який називається «горизонтом подій», або «радіусом Шварцшильда». Якщо будь-яке тіло перетинає цей радіус, наближаючись до чорної дірки та ховаючись за обрієм подій, час для ньогояк би зупиняється, а маса збільшується до безкінечності.

Центральна точка чорної дірки називається точкою сингулярності. Сучасна наука не в змозі описати процеси, що відбуваються в такому малому обсязі при таких жахливих густинах речовини та рівнях гравітації.

Спостерігати чорні дірки складно, адже вони невидимі! Жоден вид випромінювання не в змозі перетнути обрій подій і принести таким чином хоч якусь інформацію. Зазвичай чорні дірки виявляються побічно. Наприклад, вони викривляють світло, що проходить поблизу них, а також випромінюють неймовірно потужні рентгенівські промені. Їхнім джерелом є знищення (акреція) тієї речовини, яку чорна зірка зуміла захопити своєю потужною гравітацією.

Не варто думати, що чорні дірки виконують лише руйнівну функцію. Зокрема, вже доведено, що їхні потужні випромінювання розігрівають міжгалактичний газ, не даючи йому охолонути. Якби цього не відбувалося, за мільярди років він увесь поступово перетворився б на зірки, а це був би вже зовсім інший Всесвіт.

Вивчаючи, що таке чорна дірка в Космосі, астрономи та фізики дізнаються багато нового про властивості нашого світу, поступово вчаться розкривати його дивовижне різноманіття.