Наверное, ни одно явление в астрономии или космогонии не приобрело такой широкой популярности среди массового читателя, как понятие о «чёрных дырах». Человек может иметь минимальные знания о далёком Космосе, но он обязательно слышал, что где-то в межзвёздных пространствах существуют ужасные и таинственные объекты, носящие название «чёрные дыры». Им посвящены сотни статей и десятки книг, составившие настоящую «астрономическую беллетристику». При всём этом, внятно объяснить, что такое чёрная дыра в Космосе, как ни странно, способно лишь небольшое количество людей.

История вопроса

Сам термин «чёрная дыра» впервые возник относительно недавно, в 1967 году. Его автором стал физик из США Джон Уилер, применив это выражение на одном из симпозиумов. Термин, сочный и броский, с флёром таинственности, очень понравился журналистам, которые и разнесли его по миру. Хотя для физиков-теоретиков, а также астрономов объекты, названные чёрными дырами, уже много десятилетий были знакомы под скучным названием «коллапсары».

Что такое чёрная дыра в Космосе: смертельная ловушка или проявление разнообразия мироздания?

Сегодня в это невозможно поверить, но идея о том, что во Вселенной могут существовать «чёрные звёзды», впервые была высказана Джоном Мичеллом ещё в далеком 1784 году! В то время, к примеру, Европа ещё ничего не слышала о Наполеоне!

Мичелл предположил, что можно представить себе массивное небесное тело небольших размеров (и, соответственно, огромной плотности), обладающее столь мощной силой притяжения, что даже фотоны света не смогут вырваться с его поверхности наружу. Такой объект выглядел бы для стороннего наблюдателя вечной и абсолютной чернотой.

Идеи скромного Мичелла не нашли отклика у современников, но на них обратил внимание известнейший астроном и математик того времени, Пьер-Симон Лаплас. Он обсудил их в одном из своих трудов, благодаря чему они и стали «широко известными в узких кругах».

Впрочем, эти теоретические рассуждения не приобрели широкой популярности. Они не могли быть истолкованы в рамках царящей тогда ньютоновской физики небесных тел. И только в первой четверти XX века, когда гениальный Альберт Эйнштейн разработал основные положения общей теории относительности, идея о чёрных дырах приобрела своё «второе дыхание».

Надо сказать, сам Эйнштейн не верил в существование подобных небесных объектов. Он считал, что вывод о коллапсарах — чисто теоретический, не имеющий своего реального подтверждения. Настоящим «отцом» чёрных дыр стал немецкий физик-теоретик Карл Шварцшильд. Используя работы Эйнштейна, он в 1915 году рассчитал их основные физические свойства. Интересно, что при этом он тоже считал, что подобные удивительные объекты вряд ли способны образовываться в реальности.

История вопроса

Портрет «таинственных и ужасных»

Так что же такое чёрные дыры, каковы их отличительные свойства? Природа этого явления невероятно сложна, не понята до конца современной наукой. Тем сложнее рассказать её доступным языком.

Явление чёрных дыр напрямую связано с понятием пространства и времени. В общей теории относительности эти физические понятия рассматриваются в единстве и тесно связаны с вопросами гравитации. В этой теории гравитацию можно сравнить с туго натянутым батутом. На его ровной и эластичной поверхности расположены небесные тела, подобно тяжёлым шарам. Каждый из таких шаров слегка прогибает наш «батут» — единое пространство-время, образуя в нём своеобразную воронку.

Чем тяжелее небесный объект, тем более глубокую воронку он продавливает вокруг себя. Другие, более мелкие, попадая в эту воронку, начинают двигаться по её стенкам, не в силах «выкатиться» наружу. Мы говорим в этом случае — одно небесное тело притянуло другое.

Но если представить себе, что небесное тело становится всё тяжелее, оно прогибает под собой «батут» всё глубже и глубже. Воронка становится очень узкой, глубокой, напоминающей уже, скорее, горлышко бутылки. При определённых обстоятельствах она становится столь тонкой и длинной, что буквально схлопывается. Небесное тело, продавившее такую воронку, становится невидимым, а все тела, оказавшиеся вблизи него, навеки «запечатываются» внутри гравитационной воронки. И даже частички света — фотоны, как прозорливо указал в своё время Мичелл, не смогут покинуть поверхность такого тела. Так рождается «чёрная дыра».

Портрет «таинственных и ужасных»

Некоторые характеристики чёрных дыр

Понятно, что для рождения подобного объекта он должен обладать невероятной плотностью. Собственно, теоретически любое тело во Вселенной можно превратить в чёрную дыру, даже нашу Землю. Правда, для этого её придётся сжать до размеров лесного ореха! Как правило, столь малые небесные объекты не способны сжаться до таких пределов, поэтому учёные выделяют всего два способа образования чёрных дыр:

  1. Сжатие (коллапс) крупных звёзд, отработавших своё ядерное топливо. Отсюда и упоминаемое название — коллапсары. Чтобы звезда схлопнулась до состояния чёрной дыры, её изначальная масса должна в несколько десятков раз превышать массу Солнца.
  2. Сжатие (схлопывание) огромных масс межзвёздной пыли и звёздных скоплений, существующих в самом центре любой Галактики. При этом возникают особые чёрные дыры, названные сверхмассивными. Сейчас среди учёных всё больше распространяется мнение, что в центре каждой, без исключения, Галактики расположена сверхмассивная чёрная дыра весом, равным нескольким миллионам солнечных масс.

Описать все свойства чёрных дыр не представляется возможным. Во всяком случае, это можно сделать только до определённого радиуса, называемого «горизонтом событий», или «радиусом Шварцшильда». Если любое тело пересекает этот радиус, приближаясь к чёрной дыре и скрываясь за горизонтом событий, время для него как бы останавливается, а масса увеличивается до бесконечности.

Некоторые характеристики чёрных дыр

Центральная точка чёрной дыры называется точкой сингулярности. Современная наука не в состоянии описать процессы, происходящие в столь малом объёме при таких чудовищных плотностях вещества и уровнях гравитации.

Наблюдать чёрные дыры сложно, ведь они невидимы! Ни один вид излучения не в состоянии пересечь горизонт событий и принести, таким образом, хоть какую-то информацию. Обычно чёрные дыры обнаруживаются косвенно. К примеру, они искривляют свет, проходящий вблизи от них, а также испускают невероятно мощные рентгеновские лучи. Их источником является уничтожение (аккреция) того вещества, которое чёрная звезда сумела захватить своей мощной гравитацией.

Не стоит думать, что чёрные дыры выполняют только разрушительную функцию. В частности, уже доказано, что их мощные излучения разогревают межгалактический газ, не давая ему остыть. Если бы этого не происходило, за миллиарды лет он весь постепенно превратился бы в звёзды, а это была бы уже совсем другая Вселенная.

Изучая, что такое чёрная дыра в Космосе, астрономы и физики узнают много нового о свойствах нашего мира, постепенно учатся раскрывать его удивительное многообразие.

Читайте также:

Планета Нептун: интересные факты о "морском" космическом гиганте

Научные открытия 2016 года: от морских глубин к космическим пространствам