Что такое черная дыра и что находится внутри нее
Чёрные дыры — одно и самых загадочных явлений во Вселенной. Научный парадокс в том, что они изучены, но остаются непонятными. Об изучении чёрных дыр пишут научные и университетские издания.
КЛЮЧЕВЫЕ МОМЕНТЫ
- Чёрные дыры — это астрономические объекты с очень сильным гравитационным притяжением, которые не могут покинуть даже лучи света. Их существование предсказал Альберт Эйнштейн в 1916 году.
- Чёрные дыры образуются в результате гибели массивных звезд или коллапса скопления газа. Они бывают звёздные, сверхмассивные и промежуточные. Сами чёрные дыры невидимы, но их можно наблюдать по свечению поглощаемой материи.
- Внутренняя структура чёрных дыр остается загадкой для учёных. Они состоят из "горизонта событий" и сингулярности в центре. Согласно теории Стивена Хокинга, чёрные дыры могут уменьшаться, теряя энергию через "излучение Хокинга".
Их существование предсказал Альберт Эйнштейн
Что такое чёрная дыра? Американское агентство по аэронавтике и исследованию космического пространства NASA называет так астрономические объекты с очень сильным гравитационным притяжением, которое не могут покинуть даже лучи света. Сайт The University of Chicago дополняет, что чёрная дыра — это область в космосе, где огромное количество массы упаковано в крошечный объём, что создает очень сильное гравитационное притяжение.
Существование таких объектов в космосе предсказал в 1916 году Альберт Эйнштейн в общей теории относительности. Термин впервые был применен в конце 1960-х, когда были обнаружены признаки чёрной дыры в созвездии Лебедя Млечного пути. Как утверждает научный сайт о космических исследованиях Space, предполагается, что в нашей галактике существуют миллионы чёрных дыр. В зависимости от массы они подразделяются на три типа:
- Звёздные — от 3 до десятков масс Солнца.
- Сверхмассивные — от 100 тыс. до миллиардов масс Солнца.
- Промежуточные — от 100 до 10 тыс. масс Солнца.
Сверхмассивная чёрная дыра есть в составе Млечного Пути. Она в 4 млн раз больше массы Солнца, находится в 26 тыс. световых лет от Земли.
Только очень большие звезды становятся чёрными дырами
Сайт Space называет два пути образования чёрных дыр:
- В результате гибели массивных звезд.
- При коллапсе скопления газа путём слияния космических объектов.
Сайт NASA описывает процесс образования чёрных дыр так: большая звезда умирает, когда в её ядре исчерпывается ядерное топливо. Она взрывается, коллапсирует, резко сжимается с выделением огромного количества световой энергии. Эти процессы могут происходить со звёздами массой в 10–20 раз больше Солнца. С нашим светилом этого не может случиться, поскольку оно недостаточно массивно. Если раздавленное ядро больше Солнца хотя бы в 3 раза, никакая сила не может остановить его коллапс. Большая масса сжимается в малом пространстве вследствие гравитации, при этом разрывает саму ткань пространства и времени.
Чёрная дыра может образоваться за считанные секунды после коллапса. Но гигантские чёрные дыры в миллионы и миллиарды масс Солнца могут формироваться до миллиарда лет. Коллапс газа приводит к появлению более массивных чёрных дыр от 1 до 100 тыс. масс Солнца. Сам этот процесс, как и слияние чёрных дыр и других объектов, остается научной загадкой. Предполагается, что чёрные дыры существуют столько же, сколько существует Вселенная, то есть стали возникать одновременно с другими космическими объектами.
Чёрные дыры невидимы
Сами чёрные дыры невидимы, как утверждает центр астрофизики Гарварда и Смитсоновского института CFA Harvard. Но материя и газы, которые в них втягиваются, нагреваются до миллионов градусов. Это превращает чёрные дыры в самые яркие объекты во Вселенной, которые видны с расстояния в миллиарды световых лет.
Астрономы косвенно изучают чёрные дыры по этим свечениям и по выбросам материи, которая вращается рядом с ними. В изучении чёрных дыр помогает и гравитационное воздействие их на другие звезды. Возможно наблюдение за ними с помощью телескопов NASA «Хаббл», «Свифт» и других видов.
Сайт агентства NASA сообщает, что первые изображения чёрной дыры были получены в 2019 году. Для этого были объединены 8 наземных радиотелескопов в одну тарелку. Объектом съёмки была чёрная дыра М87, которая находится в центре нашей галактики. Она весит более 6 млрд солнечных масс, а размерами может охватить большую часть нашей Солнечной системы.
Как выглядит чёрная дыра? На фото виден чёрный круг, вокруг которого очерчен вращающийся диск горячей светящейся материи. Это яркое кольцо образовано изгибом света в интенсивной гравитации вокруг чёрной дыры.
Содержание и структура чёрных дыр неизвестны
Что внутри чёрных дыр? Учёные The University of Chicago отвечают коротко: этого никто не знает. Это один из самых серьёзных вопросов современной физики. Известно только, что чёрная дыра состоит из двух частей:
- Это «горизонт событий», который условно можно принять за поверхность чёрной дыры. В этих точках гравитация становится такой сильной, что за её пределы не может вырваться ничто, даже лучик света.
- В центре чёрной дыры — сингулярность. Это бесконечно малая и бесконечно плотная точка. Но учёные даже не могут предположить, как она выглядит.
Для изучения сингулярности важны квантовые эффекты. Но теорию квантовой гравитации ещё не разработали, поэтому и нет ещё правильного описания сингулярности. Такой же точки зрения придерживаются и учёные центра астрофизики CFA Harvard. Они называют изучение чёрных дыр лабораторией для разработки теории квантовой гравитации, работа над которой продолжается.
Чёрные дыры уменьшаются
Для чёрных дыр более характерно то, что они способны увеличиваться. Это происходит за счёт того, что они поглощают материю, которая оказывается вблизи них. Известно, что они могут разрушать звезды и поглощать их части, а также могут сливаться с другими чёрными дырами или звёздами. Но это не может происходить бесконечно, поглотить целые галактики они не в состоянии.
Агентство NASA отмечает, что чёрные дыры могут уменьшаться. Это явление открыл Стивен Хокинг. Он обнаружил, что эти объекты постоянно теряют крошечное количество энергии, которое назвали «излучение Хокинга». Он исходил из того, что вакуум — это не пустое место, а море частиц, которые постоянно появляются и исчезают.
Если около чёрной дыры создается пара таких частиц, то велика вероятность, что одну из них втянет чёрная дыра, а другая улетит в космос. С этой улетевшей частицей потеряется и часть энергии и массы самой чёрной дыры. Теоретически предполагается, что чёрные дыры испаряются через «излучение Хокинга». Но времени на это понадобится больше, чем весь возраст Вселенной в миллиарды лет.
Чёрные дыры притягивают внимание современных учёных. Они также стали источником для создания научно-фантастических произведений.