Черные дыры пугают и некоторые из самых интригующих и загадочных объектов во Вселенной. Но что такое черная дыра? Черные дыры - это, по сути, объекты в космосе, которые настолько массивны и плотны, что ничто не может избежать их гравитационного притяжения, включая свет (именно поэтому их называют черный отверстия). Это приводит к некоторым интересным сценариям, касающимся физики в непосредственной близости от черной дыры.
Теория общей теории относительности постулирует, что что-либо с массой искривляет ткань пространства-времени, и эта кривизна является тем, что мы знаем как гравитацию. Самый популярный (и очень описательный) пример, иллюстрирующий, как это работает, - это резиновый лист. Вообразить, что у вас есть большой лист эластичной резины, которая достаточно натянута. Этот лист представляет собой двумерное представление ткани пространства (которая имеет три измерения, но для простоты и простоты иллюстрации мы будем использовать два). Если вы поместите маленький мрамор на лист, он сделает небольшое углубление в резине. Представьте, что мрамор - это планета, и если у вас есть один из этих холодных стеклянных полосатых шариков, он может даже выглядеть как Юпитер. Поворачивая мрамором маленькую гальку (которая создает свою собственную очень маленькую выемку), вы можете заметить, что галька поворачивается к углублению мрамора. По сути, мрамор притягивает к себе мелкую гальку из-за своей гравитации.
Теперь, если вы поместите шар для боулинга на лист, который является гораздо более массивным, он делает намного более глубокие выемки, которые, вероятно, будут удерживать камешек, когда он катится. Шар для боулинга очень хорошо представлял бы что-то вроде звезды в этом примере. Черная дыра - это вся масса звезды, но в очень крошечном пространстве, достаточном для того, чтобы сделать достаточно резкий прорезиненный лист, чтобы ничто не катилось под выемкой черной дыры на определенном расстоянии - независимо от того, как быстро вы ее продвигаете - может сбежать. Область вокруг черной дыры, из которой ничто не может вырваться, называется горизонтом событий, и насколько велика эта область, зависит от размера самой черной дыры.
Звездная черная дыра образуется, когда звезда, имеющая ядро выше примерно 3 солнечных масс, приближается к концу своей жизни, и процессы синтеза внутри звезды больше не выталкивают достаточно против внутреннего притяжения гравитации, заставляя звезду взорваться , Как только вещество внутри звезды сжимается до уровня ниже определенного радиуса, называемого радиусом Шварцшильда в честь математика, который его сформулировал, образуется черная дыра.
Сверхмассивные черные дыры - это те, которые образуются в центре галактик, и они могут варьироваться в миллиарды солнечных масс. Например, сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути имеет массу около 40 000 Солнц, а окружающая ее материя, называемая «аккреционным диском», - это колоссальные 4 миллиарда Солнц. Как образуются сверхмассивные черные дыры? Вот отличная, подробная статья о сверхмассивных чёрных дырах, в которой рассматриваются некоторые конкурирующие теории об их образовании.
Черные дыры бывают разных размеров в зависимости от их массы. Например, если бы Солнце стало черной дырой (хотя оно и не будет, потому что его ядро слишком маленькое), радиус черной дыры был бы около 3 км (1,86 мили). Если бы из-за каких-то странных обстоятельств Земля была спрессована в пространство, меньшее ее радиуса Скварцшильда, черная дыра была бы примерно размером с арахис.
В центре черной дыры лежит то, что называется сингулярностью, где масса черной дыры сжимается до нулевого объема, и способность общей теории относительности описывать происходящее здесь разрушается.
Откуда мы знаем, что существуют черные дыры, если они не излучают свет? Доказательства звездных черных дыр получены из наблюдения за их взаимодействиями в двойных системах, а сверхмассивные черные дыры можно наблюдать с помощью рентгеновских телескопов, а также через гравитацию, которую они оказывают на звезды в галактике.
Чтобы узнать больше о черных дырах, в Интернете есть немало ресурсов. Для начала, Hubblesite имеет отличную энциклопедию, как и Stardate.org. Вы также можете проверить оставшуюся часть нашего раздела о черных дырах в «Руководстве по космосу» или прослушать несколько эпизодов «Астрономического каста» на эту тему, например, «Эпизоды 18», или вопросы, показанные на тему «Черные дыры».
Источники: НАСА: Черные дыры, НАСА: Звезды, Гиперфизика
