Как рождаются и умирают черные дыры? Главное

Сейчас много говорят о черных дырах. Они вращаются в центре галактики, каждый день поглощают массу равную половине Солнца, помнят рассвет вселенной. Черные дыры — один из самых интересных космических объектов. Вот, что мы о них знаем.

Рождение

Черные дыры начинают свою жизнь со смерти. Они рождаются, когда звезды, которые больше Солнца как минимум в три раза, полностью выгорают и взрывом отбрасывают внешнюю оболочку. Внутреннее давление разрушает ядро звезды, а она сама сжимается. Если масса звезды больше трех масс Солнца, то сжатие не остановится, и появится черная дыра.

Во вселенной звезды очень часто соседствуют с черными дырами: одни умирают, другие появляются. Чем больше масса звезды, тем быстрее она сжигает свое топливо и потухает. Взрывная волна, вызванная смертью одной из больших звезд, сжимает огромное количество газа и пыли в космосе, это провоцирует рождение новых светил.

Так в космосе появляется много черных дыр — но далеко не все. Происхождение сверхмассивных черных дыр (они тяжелее Солнца в миллионы и миллиарды раз) до сих пор неизвестно. Астрономы выяснили, что они появились примерно 13 миллиардов лет назад и изначально были меньше. Как они появились на заре вселенной — непонятно, ведь тогда все вещество помещалось в очень маленьком пространстве.

Теорий о рождении сверхмассивных черных дыр несколько. Во-первых, они могли образоваться из-за коллапса очень плотных областей молодой вселенной. Горячий газ и пыль на заре времен сжимались в звезды, но, возможно, сразу после Большого взрыва химические процессы были иными, поэтому в некоторых регионах сжатие не прекратилось и появились черные дыры.

Сейчас сверхмассивные черные дыры существуют в центре многих галактик, отсюда вторая теория. Возможно, они сформировались в центре молодых галактик в процессе слияния нескольких небольших черных дыр.

Но предположить, что каждая сверхмассивная черная дыра выросла из обычной, ученые не могут. Знакомые нам черные дыры слишком маленькие, чтобы за время своего существования вырасти в таких космических монстров. Ученые предполагают, что между черными дырами звездных масс и сверхмассивными объектами существует промежуточная форма — средние черные дыры, но их пока никто не обнаружил. Не потому что их нет — просто они, вероятно, расположены далеко от нас, поэтому их излучение в рентгеновском спектре теряется в излучении других космических объектов.

Жизнь

Черная дыра развивается за счет вещества, которое поглощает. Гравитационное притяжение в ней настолько велико, что никакие объекты, никакие частицы не смогут вернуться назад, если залетели в пределы черной дыры. Туда попадают развалившиеся звезды и планеты, но легче всего дыра поглощает газ: он заполняет ее, как вода ванну.

Иногда черные дыры сливаются друг с другом, и отследить это очень сложно, ведь, по сути, происходит слияние двух невидимых объектов. Впервые ученые зафиксировали этот процесс в 2015 году благодаря изучению гравитационных волн.

Смерть

Самый интересный вопрос — может ли черная дыра умереть? Теоретически, да.

Так считал Стивен Хокинг, и поэтому гипотетическая причина смерти черной дыры называется излучением Хокинга. Изначально считалось, что черные дыры ничего не излучают, ведь ни одна частица, включая частицы света, не может преодолеть их притяжение. Но квантовая физика уничтожила эту теорию.

Оказалось, что на границе черной дыры есть пары частиц и античастиц. В обычных условиях они сразу сталкиваются и взаимоуничтожаются (так появляется энергия), но здесь одна из частиц падает в черную дыру, а другая улетает в космос, тем самым забирая энергию у объекта.

Теоретически, если в дыру не будет попадать другая энергия (а она в нее попадает), то через какое-то время она полностью излучится. Но даже при таких условиях понадобится 1054 лет, чтобы дыра начала умирать, поэтому зафиксировать излучение Хокинга на практике, скорее всего, не получится. Пока правоту ученого можно доказать только в лаборатории.

Оригинал статьи