Факты о черных дырах

Представьте материю, упакованную так плотно, что ничто не может покинуть ее пределы. Ни луна, ни планета, ни даже свет. Таковые черные дыры — точки, в которых гравитационная сила настолько велика, что представляет собой опасность для всего, что случайно перейдет роковую черту рядом с черной дырой. Мы часто говорим о том, откуда берутся черные дыры и почему они так важны. 

Поскольку черная дыра воистину черная — свет не может покинуть ее пределы — ее невозможно увидеть напрямую, используя наши инструменты, вне зависимости от того, какой тип электромагнитного излучения вы видите (видимого света, рентгеновских лучей, чего угодно). Но мы можем наблюдать эффекты, которые черная дыра оказывает на ближайшее окружение. Допустим, звезда оказалась слишком близко к черной дыре. Черная дыра, естественно, притягивает звезду и разрывает ее на части. Когда материя звезды начинает всасываться черной дырой, она ускоряется, становится горячее и ярко светится в рентгеновском спектре.

Очевидно, многих заботит вопрос, насколько опасна черная дыра и угрожает ли Земле хоть какая-нибудь возможность быть поглощенной этим объектом? Ответ: нет, говорят астрономы, хотя есть определенная вероятность, что огромная сверхмассивная черная дыра прячется в центре нашей галактики. К счастью, мы достаточно далеки от этого монстра — примерно в две трети нашей галактики от центра, — но можем наблюдать его эффекты издалека. Европейское космическое агентство утверждает, что черная дыра в центре Млечного Пути в миллион раз массивнее нашего Солнца и окружена удивительно горячим газом.

Допустим, у вас есть звезда в 20 раз массивнее нашего Солнца. Наше Солнце медленно выгорает; когда ядерное топливо закончится, Солнце медленно превратится в белого карлика. Но в случае с более массивными звездами такого не происходит. Когда у них заканчивается топливо, гравитация подавляет естественное давление звезды и выдавливает ее внутрь. Когда давление ядерных реакций коллапсирует, гравитация жестоко стискивает звезду в ядро, внешние ее слои разлетаются в космосе. Это называется сверхновая. Оставшееся ядро коллапсирует в сингулярность — точку с бесконечной плотностью и с почти нулевым объемом. Сингулярность — сердце черной дыры.

Есть по меньшей мере три разных типа черных дыр, утверждает NASA, начиная от относительно небольших до тех, которые размещаются в центрах галактик. Первичные черные дыры — самые маленькие, их размеры бывают от одного атома до целой горы. Звездные черные дыры, самый распространенный тип, до 20 раз массивнее нашего Солнца. И есть монстры в центрах галактик — сверхмассивные черные дыры. Они достигают миллионов масс Солнца и больше. Как эти чудища образуются, до сих пор толком неясно.

Это лучше всего иллюстрируется следующим примером. Один человек (назовем его Неудачник) падает в черную дыру, в то время как другой человек (Счастливчик) — смотрит. С точки зрения Счастливчика, часы Неудачника будут тикать все медленнее и медленнее. Это потому, что в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна время зависит от того, с какой скоростью вы движетесь, когда вы подбираетесь к экстремальным околосветовым скоростям. Черная дыра искажает пространство и время настолько, что время Неудачника идет медленнее. Однако с его точки зрения часы идут нормально, а у Счастливчика — спешат.

Cygnus X-1 впервые обнаружили во время полетов на воздушном шаре в 1960-х годах, но еще десять лет этот объект не был идентифицирован как черная дыра. По данным NASA, эта черная дыра в 10 раз более массивна, чем Солнце. Рядом с ней находится голубой звездный сверхгигант, примерно в 20 раз более массивный, чем Солнце. Черная дыра засасывает эту звезду, и та ярко светится в рентгеновском спектре.

Ошибочное измерение V4641 Sagitarii привело к появлению новостей о том, что ближайшая к нам черная дыра находится слишком близко к Земле, всего в 1600 световых годах. Недостаточно близко, чтобы создавать опасность, но намного ближе, чем думалось. Дальнейшие исследования показали, что черная дыра находится куда дальше. Глядя на вращение ее звезды-компаньона, а также на другие факторы, ученые в 2014 году предоставили более точные результаты — 20 000 световых лет.

Популярная тема для научно-фантастического сюжета — это когда кто-то падает в черную дыру. Некоторые люди считают, что эти объекты являются своего рода червоточинами, кротовыми нормами, в другие части Вселенной, позволяющими путешествовать быстрее скорости света. Но правда в том, что мы до сих пор не знаем, как описать их с точки зрения физики. «У нас пока нет теории, которая объединила бы общую теорию относительности с квантовой механикой, мы не знаем всего зоопарка возможных структур пространства-времени, в которых могли бы разместиться червоточины», — говорит Ави Лоеб, физик Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.

Как люди в зоопарке, мы можем наблюдать за черными дырами только если находимся за пределами горизонта событий — можно представить его в качестве гравитационного поля планеты. Эта зона является точкой невозврата, если вы подойдете слишком близко, у вас уже не будет шансов спастись. Но за пределами этой области за черной дырой можно безопасно наблюдать. В более широком смысле это означает, что черная дыра вряд ли поглотит всю Вселенную (если, конечно, в нашем понимании физики космоса не произойдет серьезный переворот).

Снято так много фильмов с участием черных дыр, что невозможно перечислить их всех. Из последних можно отметить «Интерстеллар» Кристофера Нолана  — в нем люди путешествуют через Вселенную, чтобы взглянуть на черную дыру. «Горизонт событий» исследует феномен искусственных черных дыр — что-то похожее обсуждалось и в «Звездном пути». Очевидно, эти загадочные объекты, искажающие наше восприятие реальности и попросту не укладывающиеся в голове обычного человека, пользуются успехом у писателей, сценаристов и режиссеров — тоже, в общем-то, не самых обычных людей.