Чорні діри в космосі: цікаві факти

Чорні діри – мабуть, самі таємничі і загадкові астрономічні об’єкти в нашому Всесвіті, з моменту свого відкриття привертають увагу вчених мужів і розбурхують фантазію письменників-фантастів. Що ж таке чорні діри і що вони з себе представляють? Чорні діри – це згаслі зірки, які в силу своїх фізичних особливостей володіють настільки високою щільністю та настільки потужною гравітацією, що навіть світлу не вдається вирватися за їх межі.

Історія відкриття

Вперше теоретичне існування чорних дір, ще задовго до їх фактичного відкриття припустив такий Д. Мічел (англійський священик з графства Йоркшир, який на дозвіллі захоплювався астрономією) у далекому 1783 році. За його розрахунками, якщо наше Сонце взяти і стиснути (кажучи сучасною комп’ютерною мовою – заархівувати) до радіуса в 3 км., утвориться настільки велика (просто величезна) сила гравітації, що навіть світло не зможе її покинути. Так і з’явилося поняття «чорна діра», хоча насправді вона зовсім не чорна, на наш погляд більш відповідним був би термін «темна діра», адже має місце саме відсутність світла.

Пізніше, у 1918 році про питання чорних дір в контексті теорії відносності писав великий вчений Альберт Ейнштейн. Але тільки в 1967 році стараннями американського астрофізика Джона Уіллера поняття чорних дір остаточно завоювало місце в академічних колах.

Як би там не було, і Д. Мічел, і Альберт Ейнштейн, і Джон Уіллер в своїх роботах припускали тільки теоретичне існування цих загадкових небесних об’єктів в космічному просторі, проте справжнє відкриття чорних дір відбулося в 1971 році, саме тоді вони вперше були помічені в телескоп.

Так виглядає чорна діра.

Як утворюються

Як ми знаємо з астрофізики, всі зірки (в тому числі і наше Сонце) мають деякий обмежений запас палива. І хоча життя зірки може тривати мільярди світлових років, рано чи пізно цей умовний запас палива добігає кінця, і зірка «гасне». Процес «згасання» зірки супроводжується інтенсивними термодинамічними реакціями, в ході яких зірка проходить значну трансформацію і в залежності від свого розміру може перетворитися на білого карлика, нейтронну зірку або ж чорну діру. Причому в чорну діру, зазвичай, перетворюються найбільші зірки, що володіють неймовірно значними розмірами – за рахунок стискання цих самих неймовірних розмірів відбувається багаторазове збільшення маси і сили гравітації новоствореної чорної діри, яка перетворюється на своєрідний галактичний пилосос – поглинає все і вся навколо себе.

Чорна діра поглинає зірку.

Маленька ремарка – наше Сонце по галактичним мірками зовсім не є великою зіркою і після згасання, яке відбудеться приблизно через кілька мільярдів років, в чорну діру, швидше за все, не перетвориться.

Але будемо з вами відверті – на сьогоднішній день, вчені поки що не знають всіх тонкощів утворення чорної діри, безсумнівно, це надзвичайно складний астрофізичний процес, який сам по собі може тривати мільйони світлових років. Хоча можливо просунутися в цьому напрямку могло б виявлення і подальше вивчення так званих проміжних чорних дір, тобто зірок, що знаходяться в стані згасання, у яких якраз відбувається активний процес формування чорної діри. До речі, подібна зірка була виявлена астрономами в 2014 році в рукаві спіральної галактики.

Скільки дір існує у Всесвіті

Згідно з теоріями сучасних вчених в нашій галактиці Чумацького шляху може перебувати до сотні мільйонів чорних дір. Не менша їх кількість може бути і в сусідній з нами галактиці Андромеда, до якої від нашого Чумацького шляху летіти всього нічого – 2,5 мільйона світлових років.

Теорія

Не дивлячись на величезну масу (яка в сотні тисяч разів перевищує масу нашого Сонця) і неймовірної сили гравітацію побачити чорні діри в телескоп було не просто, адже вони зовсім не випромінюють світла. Вченим вдалося помітити чорну діру тільки в момент її «трапези» – поглинання іншої зірки, в цей момент з’являється характерне випромінювання, яке вже можна спостерігати. Таким чином, теорія чорної діри знайшла фактичне підтвердження.

Властивості

Основна властивість чорно діри – це її неймовірні гравітаційні поля, що не дозволяють навколишньому простору і часу залишатися в своєму звичному стані. Так, ви не помилилися, час всередині чорної діри протікає в рази повільніше ніж зазвичай, і якби ви там опинились, то повернувшись назад (якщо б вам так пощастило, зрозуміло) з подивом б помітили, що на Землі пройшли століття, а ви навіть постаріти не встигли. Хоча будемо правдиві, опинись ви всередині чорної діри, то навряд чи б вижили, так як сила гравітації там така, що будь-який матеріальний об’єкт просто розірвала б не те що на частини, на атоми.

А ось якби ви навіть опинилися поблизу чорної діри, в межах дії її гравітаційного поля, то вам теж довелося б не солодко, так як, чим сильніше ви б чинили опір її гравітації, намагаючись відлетіти подалі, тим швидше б впали в неї. Причиною цього здавалося б парадоксу є гравітаційне вихрове поле, яким володіють всі чорні діри.

Випромінювання

Англійський астроном С. Хокінг відкрив цікавий факт: чорні діри також, виявляється, виділяють випромінювання. Правда це стосується лише дірок порівняно невеликої маси. Потужна гравітація біля них народжує пари частинок і античастинок, один з пари втягується дірою всередину, а другий викидається назовні. Таким чином, чорна діра випромінює жорсткі античастинки та гамма-кванти. Це випромінювання чорної діри було названо на честь вченого, який відкрив його – «випромінювання Хокінга».

Найбільша чорна діра

Відповідно до теорії чорних дір в центрі майже всіх галактик знаходяться величезні чорні діри з масами від кількох мільйонів до декількох мільярдів сонячних мас. І порівняно недавно вченими було відкрито дві найбільші чорні діри, відомі на сьогоднішній момент, вони знаходяться в двох сусідніх галактиках: NGC 3842 і NGC 4849.

NGC 3842 – найяскравіша галактика в сузір’ї Лева, від нас знаходиться на відстані 320 мільйонів світлових років. У центрі неї є величезна чорна діра масою в 9,7 мільярда сонячних мас.

NGC 4849 – галактика в скупченні Кома, на відстані 335 мільйонів світлових років від нас може похвалитись не менш великою чорною дірою.

Зони дії гравітаційного поля цих гігантських чорних дір, або кажучи академічною мовою, їх горизонт подій, приблизно в 5 разів більше дистанції від Сонця до Плутона! Така чорна діра з’їла б нашу сонячну систему і навіть не поперхнулася б.

Найменша чорна діра

Але є у великому сімействі чорних дір і зовсім маленькі представники. Так сама карликова чорна діра, відкрита вченими на даний момент по своїй масі всього лише в 3 рази перевершує масу нашого Сонця. По суті це теоретичний мінімум, необхідний для утворення чорної діри, будь та зірка трохи менше, діра б не утворилася.

Чорні діри – канібали

Так, є таке явище, як ми писали вище, чорні діри є свого роду «галактичними пилососами», що поглинають все навколо себе, і в тому числі й… інші чорні діри. Нещодавно астрономами було виявлено поїдання чорної діри з одної галактики ще більшою чорною ненажерою з іншої галактики.

Цікаві факти

• Згідно з гіпотезами деяких вчених чорні діри є не тільки галактичними пилососами, що всмоктують все в себе, але при певних обставинах можуть і самі породжувати нові всесвіти.
• Чорні діри можуть випаровуватися з часом. Вище ми писали, що англійським вченим Стівеном Хокінгом було відкрито, що чорні діри мають властивість випромінювання і через якийсь дуже великий відрізок часу, коли поглинати навколо буде вже нічого, чорна діра почне більше випаровувати, поки з часом не віддасть всю свою масу в навколишній космос. Хоча це тільки припущення, гіпотеза.
• Чорні діри уповільнюють час і викривляють простір. Про сповільнення часу ми вже писали, але й простір в умовах чорної діри буде абсолютно викривлений.
• Чорні діри обмежують кількість зірок у Всесвіті. А саме їх гравітаційні поля перешкоджають охолодженню газових хмар в космосі, з яких, як відомо, народжуються нові зірки.

Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка

При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.

Сторінка про автора

Ця стаття доступна англійською мовою – Black Holes in Space: the Most Interesting Facts.