Що являє собою чорна дірка. Чорна діра в космосі

Таємничі та невловимі чорні дірки. Закони фізики підтверджують можливість їх існування у всесвіті, але досі залишається багато питань. Численні спостереження показують, що діри існують у всесвіті і цих об'єктів – понад мільйон.

Що таке чорні дірки?

Ще 1915 року під час вирішення рівнянь Ейнштейна було передбачено таке явище як «чорні дірки». Проте наукове співтовариство зацікавилося ними лише 1967 року. Їх тоді називали «зірки, що сколапсували», «застиглі зірки».

Зараз чорною дірою називають область часу і простору, які мають таку гравітацію, що з неї не може вибратися навіть промінь світла.

Як утворюються чорні дірки?

Існують кілька теорій появи чорних дірок, які поділяються на гіпотетичні та реалістичні. Найпростіша і найпоширеніша реалістична - теорія гравітаційного колапсу великих зірки.

Коли досить масивна зірка перед смертю розростається в розмірах і стає не стабільною, витрачаючи останнє паливо. У той самий час маса зірки залишається незмінною, та її розміри зменшуються оскільки відбувається, так зване, ущільнення. Іншими словами, при ущільненні важке ядро ​​"падає" в само себе. Паралельно з цим ущільнення призводить до різкого підвищення температури всередині зірки і зовнішні шари небесного тіла відриваються, утворюються нові зірки. У цей час у центрі зірки - ядро ​​падає у свій власний "центр". В результаті дії сил гравітації центр обвалюється в точку - тобто сили гравітації настільки сильні, що поглинають ущільнене ядро. Так народжується чорна діра, яка починає спотворювати простір і час, що навіть світло не може вирватися з неї.

У центрах усіх галактик знаходиться надмасивна темна діра. Відповідно до теорії відносності Ейнштейна:

«Будь-яка маса спотворює простір та час».

А тепер уявіть, як сильно чорна діра спотворює час і простір, адже її маса величезна і водночас втиснута у надмалий об'єм. Через цю здатність виникає така дивина:

«Чорні діри мають здатність практично зупиняти час і стискати простір. Через це сильне спотворення дірки стають не видимими для нас».

Якщо чорні дірки не видно, звідки ми знаємо, що вони є?

Так, хоч чорна діра і невидимка, але вона має бути помітна за рахунок матерії, яка падає до неї. А також зірковий газ, який притягується чорною дірою, при наближенні до горизонту подій температура газу починає зростати до надвисоких значень, що призводить до свічення. Саме тому чорні дірки світяться. Завдяки такому, хоч і слабкому світінню, астрономи та астрофізики пояснюють наявність у центрі галактики об'єкта з малим обсягом, але величезною масою. На даний момент в результаті спостережень виявлено близько 1000 об'єктів, які схожі на чорні діри.

Чорні дірки та галактики

Як чорні дірки можуть впливати на галактики? Це питання мучить вчених усього світу. Є гіпотеза, за якою саме чорні дірки, що у центрі галактики впливає її форми і еволюцію. І що при зіткненні двох галактик відбувається злиття чорних дірок і під час цього процесу викидається така величезна кількість енергії та матерії, що утворюються нові зірки.

Типи чорних дірок

• Відповідно до існуючої теорії, є три типи чорних дірок: зіркові, надмасивні, мініатюрні. І кожна їх сформувалася особливим чином.
• - Чорні дірки зоряних мас, вона розростається до величезних розмірів та руйнується.
  - Надмасивні чорні дірки, які можуть мати масу, еквівалентну мільйонам Сонців, з великою ймовірністю існують у центрах практично всіх галактик, включаючи наш Чумацький шлях. Вчені все ще мають різні гіпотизи утворення надмасивних чорних дірок. Поки що відомо лише одне - надмасивні чорні дірки - побічний продукт утворення галактик. Надмасивні чорні дірки - вони відрізняються від звичайних тим, що мають дуже великий розмір, але парадоксально невелику щільність.
• - Ще ніхто не зміг виявити мініатюрну чорну дірку, яка мала б меншу масу, ніж Сонце. Цілком можливо, що мініатюрні діри могли б утворитися невдовзі після «Великого вибуху», який є початковим точним існуванням нашого всесвіту (близько 13,7 млрд років тому).
• - Зовсім недавно було запроваджено нове поняття як "білі чорні дірки". Це поки що гіпотетична чорна діра, яка є протилежністю чорній дірі. Активно вивчав можливість існування білих дірок Стівен Хокінг.
• - Квантові чорні дірки - вони існують поки що тільки в теорії. Квантові чорні діри можуть утворюватися при зіткненні надмалих частинок внаслідок ядерної реакції.
• - Первинні чорні дірки – теж теорія. Вони утворилися відразу після виникнення.

На даний момент існує велика кількістьвідкритих питань, куди ще доведеться відповісти майбутнім поколінням. Наприклад, чи можуть насправді існувати так звані "кротові нори", за допомогою яких можна подорожувати простором і часом. Що саме відбувається всередині чорної дірки та яким законам підпорядковуються ці явища. І як бути зі зникненням інформації у чорній дірі?

Чорні дірки – це одні з наймогутніших та найзагадковіших об'єктів у Всесвіті. Вони формуються після руйнування зірки.

Nasa склали ряд разючих знімків передбачуваних чорних дірок у просторах космосу.

Перед вами фото найближчої галактики Центавр А зроблений Chandra X-Ray Observatory. Тут показано вплив надмасивної чорної дірки у межах галактики.

Нещодавно Nasa було оголошено, що в сусідній галактиці з зірки, що вибухнула, зароджується чорна діра. За повідомленням Discovery News, ця діра розташовується в галактиці M-100, що знаходиться на відстані 50 мільйонів років від Землі.

Ось ще один дуже цікавий фотознімок від Chandra Observatory, що показує галактику M82. Nasa вважає, що зображене може бути відправними точками для двох надмасивних чорних дірок. Дослідники припускають, що освіта чорних дірок розпочнеться, коли зірки вичерпають свої ресурси та згорять. Вони будуть розчавлені власною гравітаційною вагою.

Вчені пов'язують існування чорних дірок із теорією відносності Ейнштейна. Фахівці використовують Ейнштейнівське розуміння гравітації визначення великої сили тяжіння чорної дірки. На поданій фотографії інформація від Chandra X-Ray Observatory збігається зі знімками, отриманими з космічного телескопа Hubble. Nasa вважає, що ці дві чорні діри рухаються спіраллю назустріч один одному протягом 30 років, а згодом вони можуть стати однією великою чорною діркою.

Це найпотужніша чорна діра у космічній галактиці M87. Субатомні частинки, що рухаються практично зі швидкістю світла, вказують на те, що в центрі цієї галактики знаходиться надмасивна чорна діра. Вважають, що вона «поглинула» матерію, що дорівнює 2-м мільйонам наших сонців.

Nasa вважає, що на цьому знімку засвідчено те, як дві надмасивні чорні дірки, зіткнувшись між собою, формують систему. Або це так званий «ефект рогатки», внаслідок чого система формується з 3-х чорних дірок. Коли зірки супернові, вони мають здатність руйнуватися і знову виникати, внаслідок чого формуються чорні дірки.

Ця художня візуалізація показує чорну дірку, що витягує газ від сусідньої зірки. Чорна діра має такий колір, оскільки її гравітаційне поле настільки щільне, що воно поглинає світло. Чорні дірки невидимі, тому вчені лише припускають їхню наявність. Їх величина може бути рівною розміру всього 1 атома або мільярда сонців.

На цій художній візуалізації показаний квазар, який є надмасивною чорною діркою, оточеною частинками, що обертаються. Цей квазар розташований у центрі галактики. Квазари знаходяться на ранній стадії зародження чорної дірки, проте вони можуть існувати мільярди років. Все-таки вважається, що вони були сформовані в давні часи Всесвіту. Припускають, що це «нові» квазари просто були приховані від нашого погляду.

Телескопи Spitzer і Hubble зафіксували несправжні кольорові струмені частинок, що вистрілюють із гігантської потужної чорної діри. Вважають, що ці струмені простягаються крізь 100 000 світлових років простору, такого ж великого, як Чумацький Шлях нашої галактики. Різні кольориз'являються від різних світлових хвиль. У нашій галактиці є потужна чорна діра Sagittarius A. Nasa вважає, що її маса дорівнює 4 мільйони наших сонців.

На цьому зображенні представлений мікроквазар, який вважається зменшеною чорною дірою з такою ж масою, як і зірка. Якби ви потрапили в чорну дірку, ви перетнули б тимчасовий горизонт на її кордоні. Навіть якщо вас не розчавить сила тяжіння, назад із чорної дірки вам уже не повернутись. Вас неможливо буде побачити в темному просторі. Кожен мандрівник у чорну дірку буде розірвано внаслідок дії сили гравітації.

Дякую, що розповіли про нас друзям!

Чорна діра є особливою областю у просторі. Це якесь скупчення чорної матерії, здатне втягувати у себе і поглинати інші об'єкти космосу. Явище чорних дірок досі не. Усі наявні дані - лише теорії та припущення вчених астрономів.

Назва "чорна діра" ввів у вжиток вчений ДЖ.А. Уілер у 1968 році в Прінстонському університеті.

Існує теорія, що чорні діри є зірками, але незвичайними, на зразок нейтронних. Чорна діра - - тому, що має дуже велику щільність свічення і не посилає абсолютно ніякого випромінювання. Тому вона невидима ні в інфрачервоних, ні в рентгенівських, ні в радіопроменях.

Цю ситуацію французький астроном П. Лаплас ще за 150 років до чорних дірок. Згідно з його доводами, якщо має щільність, рівну щільності Землі, і діаметр, що перевищує діаметр Сонця в 250 разів, то вона не дає променям світла поширюватися Всесвітом через своє тяжіння, тому і залишається невидимою. Таким чином передбачається, що чорні діри є найпотужнішими випромінюючими об'єктами у Всесвіті, але при цьому вони не мають твердої поверхні.

Властивості чорних дірок

Усі передбачувані властивості чорних дірок ґрунтуються на теорії відносності, виведеної в 20 столітті А. Ейнштейном. Будь-який традиційний підхід до вивчення цього явища не дає жодного переконливого пояснення явищу чорних дірок.

Головна властивість чорної дірки - здатність викривляти час та простір. Будь-який об'єкт, що рухається в її гравітаційне поле, неминуче буде втягнутий всередину, т.к. при цьому навколо об'єкта виникає щільний гравітаційний вихор, якась лійка. У цьому трансформується поняття часу. Вчені розрахунковим шляхом все ж таки схиляються до висновку, що чорні дірки - це не небесні тілау загальноприйнятому розумінні. Це справді деякі дірки, червоточини у часі та просторі, здатні змінювати та ущільнювати його.

Чорна діра - замкнута область простору, в яку стиснута речовина і звідки ніщо не може вийти, навіть світло.

Згідно з розрахунками астрономів, при тому потужному гравітаційному полі, яке існує всередині чорних дірок, жоден об'єкт не зможе залишитися неушкодженим. Його миттєво розірве на мільярди шматочків ще до того, як він потрапить усередину. Однак при цьому не виключається можливість обміну частинками та інформацією за їх допомогою. А якщо чорна діра має масу, що мінімум у мільярд разів перевищує масу Сонця (надмасивна), то теоретично можливе і пересування об'єктів крізь неї без розірвання гравітації.

Звичайно, це лише теорії, адже дослідження вчених ще надто далекі від розуміння того, які процеси та можливості приховують чорні дірки. Цілком можливо, у майбутньому щось подібне може здійснитися.

Для того, щоб утворилася чорна діра, потрібно стиснути тіло до деякої критичної щільності так, щоб радіус стисненого тіла дорівнював його гравітаційному радіусу. Величина цієї критичної щільності обернено пропорційна квадрату маси чорної дірки.

Для типової чорної діри зоряної маси ( M=10M sun) гравітаційний радіус дорівнює 30 км, а критична щільність 2·10 14 г/см 3 тобто двісті мільйонів тонн у кубічному сантиметрі. Ця щільність дуже велика порівняно із середньою щільністю Землі (5,5 г/см 3), вона дорівнює густині речовини атомного ядра.

Для чорної дірки в ядрі галактики ( M=10 10 M sun) гравітаційний радіус дорівнює 3·10 15 см = 200 а.е., що у п'ять разів більше відстані від Сонця до Плутона (1 астрономічна одиниця – середня відстань від Землі до Сонця – дорівнює 150 млн. км або 1,5·10 13 см). Критична щільність у своїй дорівнює 0,2·10 -3 г/см 3 , що у кілька разів менше щільності повітря, що дорівнює 1,3·10 -3 г/см 3 (!).

Для Землі ( M=3 · 10 -6 M sun) гравітаційний радіус близький до 9 мм, а відповідна критична щільність жахливо велика: ρ кр = 2·10 27 г/см 3 , що на 13 порядків вище за щільність атомного ядра.

Якщо ми візьмемо якийсь уявний сферичний прес і стискатимемо Землю, зберігаючи її масу, то коли ми зменшимо радіус Землі (6370 км) у чотири рази, її друга космічна швидкість зросте вдвічі і дорівнюватиме 22,4 км/c. Якщо ж ми стиснемо Землю так, що її радіус стане рівним приблизно 9 мм, то друга космічна швидкість набуде значення, що дорівнює швидкості світла c= 300 000 км/с.

Далі прес не знадобиться - стисла до таких розмірів Земля вже сама стискатиметься. Зрештою, на місці Землі утворюється чорна діра, радіус горизонту подій якої буде близьким до 9 мм (якщо знехтувати обертанням чорної діри, що утворилася). У реальних умовах, зрозуміло, ніякого надпотужного преса немає – працює гравітація. Саме тому чорні дірки можуть утворюватися лише за колапсу. внутрішніх частиндуже масивних зірок, у яких гравітація досить сильна, щоб стиснути речовину до критичної густини.

Еволюція зірок

Чорні дірки утворюються на кінцевих стадіях еволюції потужних зірок. У надрах звичайних зірок йдуть термоядерні реакції, виділяється величезна енергія та підтримується висока температура (десятки та сотні мільйонів градусів). Сили гравітації прагнуть стиснути зірку, а сили тиску гарячого газу та випромінювання протистоять цьому стиску. Тому зірка знаходиться у гідростатичній рівновазі.

Крім того, в зірці може існувати теплова рівновага, коли енерговиділення, обумовлене термоядерними реакціями в її центрі, точно дорівнює потужності, що випромінюється зіркою з поверхні. При стисканні та розширенні зірки теплова рівновага порушується. Якщо зірка стаціонарна, то її рівновага встановлюється так, що негативна потенційна енергія зірки (енергія гравітаційного стиснення) абсолютної величинизавжди вдвічі більше за теплову енергію. Через це зірка має дивовижною властивістю- Негативною теплоємністю. Прості тіла мають позитивну теплоємність: нагрітий шматок заліза, остигаючи, тобто, втрачаючи енергію, знижує свою температуру. У зірки все навпаки: чим більше вона втрачає енергії у вигляді випромінювання, тим вище стає температура в її центрі.

Ця дивна, здавалося б, особливість знаходить просте пояснення: зірка, випромінюючи, повільно стискується. При стисканні потенційна енергія перетворюється на кінетичну енергію падіння шарів зірки, і її надра розігріваються. Причому теплова енергія, що купується зіркою в результаті стиснення, вдвічі більше енергії, яка втрачається у вигляді випромінювання. У результаті температура надр зірки зростає, і здійснюється безперервний термоядерний синтез хімічних елементів. Наприклад, реакція перетворення водню на гелій у нинішньому Сонці йде за температури 15 мільйонів градусів. Коли, через 4 мільярди років, у центрі Сонця водень весь перетвориться на гелій, для подальшого синтезу атомів вуглецю з атомів гелію знадобиться значно вища температура, близько 100 мільйонів градусів ( електричний зарядядер гелію вдвічі більше, ніж ядер водню, і щоб зблизити ядра гелію на відстань 10 -13 см, потрібна набагато більша температура). Саме така температура буде забезпечена завдяки негативній теплоємності Сонця на момент запалювання в його надрах термоядерної реакції перетворення гелію на вуглець.

Білі карлики

Якщо маса зірки невелика, то маса її ядра, порушеного термоядерними перетвореннями, менше 1,4 M sun термоядерний синтез хімічних елементів може припинитися через так зване виродження електронного газу в ядрі зірки. Зокрема, тиск виродженого газу залежить від щільності, але не залежить від температури, оскільки енергія квантових рухів електронів набагато більша за енергію їх теплового руху.

Високий тиск виродженого електронного газу ефективно протидіє силам гравітаційного стискування. Оскільки тиск не залежить від температури, втрата енергії зіркою у вигляді випромінювання не призводить до стиснення її ядра. Отже, гравітаційна енергія не виділяється як додаткового тепла. Тому температура в еволюціонує виродженому ядрі не зростає, що призводить до переривання ланцюжка термоядерних реакцій.

Зовнішня воднева оболонка, не порушена термоядерними реакціями, відокремлюється від ядра зірки та утворює планетарну туманність, що світиться в лініях випромінювання водню, гелію та інших елементів. Центральне компактне і порівняно гаряче ядро ​​зірки невеликої маси, що проеволюціонувала, являє собою білий карлик - об'єкт з радіусом порядку радіусу Землі (~10 4 км), масою менше 1,4 M sun та середньою щільністю порядку тонни у кубічному сантиметрі. Білі карлики спостерігаються у великій кількості. Їх повне число в Галактиці досягає 10 10 тобто близько 10% від всієї маси спостерігається речовини Галактики.

Термоядерне горіння у виродженому білому карлику може бути нестійким і призводити до ядерного вибуху досить масивного білого карлика з масою, близькою до так званої чандрасекарівської межі (1,4 M sun). Такі вибухи виглядають, як спалахи наднових I типу, у яких спектрі немає ліній водню, лише лінії гелію, вуглецю, кисню та інших важких елементів.

Нейтронні зірки

Якщо ядро ​​зірки вироджене, при наближенні його маси до межі 1,4 M sun звичайне виродження електронного газу в ядрі змінюється так званим релятивістським виродженням.

Квантові рухи вироджених електронів стають такими швидкими, що й швидкості наближаються до швидкості світла. При цьому пружність газу падає, його здатність протидіяти силам гравітації зменшується, і зірка зазнає гравітаційного колапсу. Під час колапсу електрони захоплюються протонами і відбувається нейтронізація речовини. Це веде до формування з потужного виродженого ядра нейтронної зірки.

Якщо вихідна маса ядра зірки перевищує 1,4 M sun , то в ядрі досягається висока температура, і виродження електронів не відбувається протягом її еволюції. У цьому випадку працює негативна теплоємність: у міру втрати енергії зіркою у вигляді випромінювання температура в її надрах зростає, і йде безперервний ланцюжок термоядерних реакцій перетворення водню на гелій, гелію на вуглець, вуглецю на кисень і так далі, аж до елементів групи заліза. Реакція термоядерного синтезу ядер елементів, важчих, ніж залізо, йде не з виділенням, і з поглинанням енергії. Тому, якщо маса ядра зірки, що складається в основному з елементів групи заліза, перевищує чандрасекарівську межу 1,4 M sun , але менше так званої межі Оппенгеймера-Волкова ~3 M sun , то в кінці ядерної еволюції зірки відбувається гравітаційний колапс ядра, в результаті якого зовнішня воднева оболонка зірки скидається, що спостерігається як спалах наднової зірки II типу, в спектрі якої спостерігаються потужні лінії водню.

Колапс залізного ядра призводить до формування нейтронної зірки.

При стисканні потужного ядра зірки, що досягла пізньої стадії еволюції, температура піднімається до величезних значень близько мільярда градусів, коли ядра атомів починають розвалюватися на нейтрони і протони. Протони поглинають електрони, перетворюються на нейтрони, випускаючи при цьому нейтрино. Нейтрони ж, згідно з квантово-механічним принципом Паулі, при сильному стисканні починають ефективно відштовхуватися один від одного.

Коли маса ядра, що колапсує, менше 3 M sun , швидкості нейтронів значно менше швидкості світла та пружність речовини, обумовлена ​​ефективним відштовхуванням нейтронів, може врівноважити сили гравітації та призвести до утворення стійкої нейтронної зірки.

Вперше можливість існування нейтронних зірок була передбачена в 1932 видатним радянським фізиком Ландау відразу після відкриття нейтрона в лабораторних експериментах. Радіус нейтронної зірки близький до 10 км. середня щільністьскладає сотні мільйонів тонн у кубічному сантиметрі.

Коли маса ядра зірки, що колапсує, більше 3 M sun , то, згідно з існуючими уявленнями, нейтронна зірка, що утворюється, остигаючи, колапсує в чорну дірку. Колапсу нейтронної зірки у чорну дірку сприяє також зворотне падіння частини оболонки зірки, скинутої під час вибуху наднової.

Нейтронна зірка, як правило, швидко обертається, оскільки звичайна зірка, що її породила, може мати значний кутовий момент. Коли ядро ​​зірки колапсує в нейтронну зірку, характерні розміри зірки зменшуються від R= 10 5 -10 6 км до R≈ 10 км. Зі зменшенням розміру зірки зменшується її момент інерції. Для збереження моменту кількості руху має різко зрости швидкість осьового обертання. Наприклад, якщо Сонце, що обертається з близько місяця, стиснути до розмірів нейтронної зірки, то період обертання зменшиться до 10 -3 секунди.

Поодинокі нейтронні зірки з сильним магнітним полем проявляють себе як радіопульсари - джерела строго періодичних імпульсів радіовипромінювання, що виникають при перетворенні енергії швидкого обертання нейтронної зірки в спрямоване радіовипромінювання. У подвійних системах нейтронні зірки, що акреціюють, демонструють феномен рентгенівського пульсара і рентгенівського барстера 1-го типу.

У чорної дірки строго періодичних пульсацій випромінювання очікувати не доводиться, оскільки чорна діра не має поверхні, що спостерігається. магнітного поля. Як часто виражаються фізики, чорні діри не мають «волосся» - всі поля і всі неоднорідності поблизу горизонту подій випромінюються при формуванні чорної діри з матерії, що колапсує, у вигляді потоку гравітаційних хвиль. У результаті, у чорної діри, що утворилася, є лише три характеристики: маса, кутовий момент і електричний заряд. Всі індивідуальні властивості колапсуючої речовини при утворенні чорної діри забуваються: наприклад, чорні діри, що утворилися із заліза та води, мають за інших рівних умов однакові характеристики.

Як передбачає Загальна теорія відносності (ОТО), зірки, маси залізних ядер яких наприкінці еволюції перевищують 3 M sun, відчувають необмежену стиск (релятивістський колапс) з утворенням чорної дірки. Це пояснюється тим, що в ВТО сили гравітації, що прагнуть стиснути зірку, визначаються щільністю енергії, а при величезних густинах речовини, що досягаються при стисканні настільки масивного ядра зірки, головний внесок у щільність енергії робить вже не енергія спокою частинок, а енергія їх руху та взаємодії . Виходить, що в ВТО тиск речовини при дуже великих щільностях як би саме «важить»: чим більший тиск, тим більша щільність енергії і, отже, тим більше сили гравітації, що прагнуть стиснути речовину. Крім того, при сильних гравітаційних полях стають принципово важливими ефекти викривлення простору-часу, що також сприяє необмеженому стиску ядра зірки та перетворенню його на чорну дірку (рис. 3).

На закінчення відзначимо, що чорні дірки, що утворилися в нашу епоху (наприклад, чорна дірка в системі Лебідь X-1), строго кажучи, не є стовідсотковими чорними дірками, оскільки через релятивістське уповільнення ходу часу для далекого спостерігача обрії подій у них ще не сформувалися. Поверхні таких зірок, що колапсують, виглядають для земного спостерігача як застиглі, що нескінченно довго наближаються до своїх горизонтів подій.

Щоб чорні діри з таких колапсуючих об'єктів сформувалися остаточно, ми повинні чекати на весь нескінченно великий час існування нашого Всесвіту. Слід підкреслити, однак, що вже в перші секунди релятивістського колапсу поверхня зірки, що колапсує, для спостерігача з Землі наближається дуже близько до горизонту подій, і всі процеси на цій поверхні нескінченно сповільнюються.

Ви коли-небудь бачили, як пилососять підлогу? Якщо так, чи помічали ви, як пилосос всмоктує пил і всяке дрібне сміття на кшталт уривків паперу? Звісно, ​​помічали. Чорні дірки роблять приблизно те саме, що і пилосос, але замість пилу вони вважають за краще затягувати в себе більші об'єкти: зірки і планети. Втім, і космічним пилом вони не гидують.

Як з'являються чорні дірки?

Щоб зрозуміти, звідки беруться чорні дірки, непогано було б знати, що таке тиск світла. Виявляється, світло, падаючи на предмети, тисне на них. Наприклад, якщо ми в темній кімнатізапалимо лампочку, то на всі освітлені предмети почне діяти додаткова сила тиску світла. Ця сила дуже мала, і в повсякденному життіми, звичайно, ніколи не зможемо її відчути. Причина в тому, що лампочка – дуже слабке джерело світла. (У лабораторних умовах тиск світла лампочки все-таки можна виміряти, вперше це вдалося зробити російському фізику П. Н. Лебедєву) Зі зірками справа інакша. Поки молода зірка і яскраво світить, усередині неї борються три сили. З одного боку, сила гравітації, яка прагне стиснути зірку в крапку, тягне досередини до ядра зовнішні шари. З іншого боку – сила світлового тиску і сила тиску розжареного газу, що зірку роздмухають. Світло, народжене в ядрі зірки, настільки інтенсивне, що відштовхує зовнішні шари зірки і врівноважує силу гравітації, що тягне їх до центру. Коли зірка старіє, її ядро ​​народжує дедалі менше світла. Це відбувається тому, що за час життя зірки вигоряє весь запас водню, ми вже писали про це. Якщо зірка дуже велика, раз на 20 важча за Сонце, то і зовнішні оболонки у неї дуже великі по масі. Тому у важкої зірки зовнішні шари починають все сильніше наближатися до ядра, вся зірка починає стискатися. При цьому сила гравітації на поверхні зірки, що стискається, зростає. Чим сильніше стискається зірка, тим сильніше вона починає притягувати до себе оточуючу її речовину. Зрештою, тяжіння зірки стає настільки жахливо сильним, що навіть світло, що нею випускається, не може від неї відлетіти. У цей момент зірка і стає чорною діркою. Вона вже нічого не випромінює, а лише поглинає все, що виявиться поруч, у тому числі світло. Жодного проміннячка світла не виходить від неї, тому ніхто не може її побачити і тому її і називають чорною діркою: туди все затягується, а назад вже ніколи не повертається.

Як виглядає чорна діра?

Якби ми з вами опинилися поряд з чорною діркою, то побачили б досить великий диск, що світиться, що обертається навколо невеликої, абсолютно чорної області простору. Ця чорна область є чорна діра. А диск навколо неї – це речовина, що падає на чорну дірку. Такий диск називається акреційним. Притягання чорної дірки дуже сильне, тому матерія, що засмоктується всередину, рухається з дуже великим прискоренням і через це сама починає випромінювати. Вивчаючи світло, що виходить з такого диска, астрономи можуть багато дізнатися і про чорну дірку. Ще однією непрямою ознакою існування чорної діри є незвичайне рух зірок навколо певної області простору. Притягання дірки змушує зорі рухатися по еліптичних орбітах. Такі переміщення зірок також реєструються астрономами.
Зараз увага вчених прикута до чорної діри, що знаходиться в центрі нашої галактики. Справа в тому, що до чорної діри наближається хмара водню, масою приблизно в 3 рази більша за Земну. Ця хмара вже почала змінювати свою форму через гравітацію чорної діри, найближчими роками вона витягнеться ще більше і буде затягнута всередину чорної діри.

Процеси, що відбуваються всередині чорної діри, ми ніколи не зможемо побачити, тому залишається задовольнятися спостереженнями за диском навколо чорної дірки. Але й тут на нас чекає дуже багато цікавого. Мабуть, найцікавіше явище - утворення надшвидких струменів речовини, що вилітають із центру цього диска. Механізм цього явища ще належить з'ясувати, і, цілком можливо, теорію утворення таких струменів створить хтось із вас. А поки що ми можемо лише реєструвати рентгенівські спалахи, які супроводжують такі постріли.

На цьому відео показано, як чорна діра поступово захоплює речовину зірки, що знаходиться поруч. При цьому навколо чорної діри утворюється акреційний диск, частина його речовини викидається в космос з величезними швидкостями. При цьому генерується велика кількість рентгенівського випромінювання, яке вловлює супутник, що рухається довкола Землі.

Як влаштована чорна діра?

Чорну дірку можна розділити на три основні частини. Зовнішню частину, перебуваючи в якій можна уникнути падіння на чорну дірку, якщо рухатися з дуже великою швидкістю. Глибше зовнішньої частини йде обрій подій - це уявна межа, перейшовши яку, тіло втрачає будь-яку надію на повернення з чорної діри. Все, що знаходиться за горизонтом подій, не можна побачити зовні, тому що через сильну гравітацію навіть світло, рухаючись зсередини, не зможе вилетіти за його межі. Вважається, що в центрі чорної діри знаходиться сингулярність - область простору крихітного об'єму, в якій зосереджена величезна маса - серце чорної діри.

Чи можна підлетіти до чорної дірки?

на великій відстанітяжіння чорної дірки точно таке ж, як і тяжіння самої звичайної зірки з тією ж масою, що і маса чорної дірки. У міру наближення до горизонту подій тяжіння зростатиме все сильніше та сильніше. Тому підлетіти до чорної діри можна, але краще все ж таки триматися від неї подалі, щоб можна було повернутися назад. Астрономам доводилося спостерігати, як чорна дірка засмоктувала всередину зірку, що виявилася поруч. Як це виглядало можна подивитися на цьому відео:

Чи перетвориться наше Сонце на чорну дірку?

Ні, не перетвориться. Маса Сонця надто мала для цього. Розрахунки показують, що для того щоб стати чорною діркою, зірка повинна бути масивнішою за Сонце хоча б у 4 рази. Натомість Сонце перетвориться на червоного гіганта і роздмухується приблизно до розмірів орбіти Землі, а потім скине зовнішню оболонку і стане білим карликом. Про еволюцію Сонця ми ще обов'язково розповімо.