Что такое черные дыры?
Вселенная, в которой мы обитаем, полна тайн. Что-то неизвестное ждет нас, куда бы мы ни посмотрели в космосе. Пожалуй, нет ничего более загадочного и интригующего, чем черные дыры. Черные дыры существуют на самом краю человеческих знаний, на границе известного и неизвестного. Любое обсуждение черных дыр должно начинаться с простого вопроса: что такое черные дыры?
Определение черных дыр
Научное определение черной дыры довольно простое. По сути, черная дыра - это любой объект с гравитационным притяжением, которое стало настолько сильным, что даже свет не может вырваться из него. Теоретически, любой объект с массой может стать черной дырой, если он станет достаточно плотным. Если бы вы раздавили Землю всего на пару дюймов в поперечнике, плотность стала бы настолько высокой, что Земля превратилась бы в черную дыру.
Расстояние, на котором объект становится достаточно плотным, чтобы превратиться в черную дыру, называется радиусом Шварцшильда. Радиус Шварцшильда зависит от массы объекта. Например, поскольку Юпитер намного больше Земли, он имеет больший радиус Шварцшильда. Теперь у нас есть простое научное определение того, что такое черная дыра, но это определение ничего не говорит нам о том, как образуются черные дыры и какими характеристиками они обладают.
Как образуются черные дыры
Ничто в этой вселенной не длится вечно. Даже сами звезды в конце концов встречают свой конец. То, как звезда прекращает свое существование, зависит от массы звезды. Для самых массивных звезд во Вселенной образование черной дыры - это их конечная судьба. Каждая звезда, независимо от ее массы, состоит в основном из элементов водорода и гелия. Каждая звезда питается за счет процесса, называемого ядерным синтезом, при котором экстремальные температуры и давления в ядре звезды заставляют атомы водорода сливаться вместе, образуя атомы гелия. Хотя звезды содержат огромное количество водорода, это лишь конечное количество. Подобно автомобилю, у которого закончился бензин и который не может заправиться, у каждой звезды закончится ее основной источник топлива - водород. В то время как звезда активно выделяет водород в своем ядре, она генерирует огромное количество энергии, которая противодействует собственной гравитации звезды, позволяя звезде существовать в состоянии равновесия. Когда в звезде начинает заканчиваться водород, состояние равновесия нарушается, и звезда начинает разрушаться под действием собственной гравитации. Звезда сжимается, и ее давление резко возрастает. В конце концов расстояние между отдельными атомами становится все меньше и меньше, пока между ними практически не остается пространства. Звезда, наконец, достигает своего Радиуса Шварцшильда и превращается в черную дыру.
Физические характеристики черных дыр
Черные дыры могут различаться по размеру и массе. Черные дыры меньшей массы, которые образуются непосредственно из звезд, называются звездными черными дырами, и их размеры могут варьироваться от нескольких раз массивнее нашего Солнца до многих тысяч раз массивнее. Самыми крупными одиночными объектами во Вселенной являются сверхмассивные черные дыры, и они поистине являются гигантами космоса. Сверхмассивные черные дыры могут быть от массы, в миллион раз превышающей массу Солнца, до массы, более чем в миллиард раз превышающей массу Солнца. Однако, несмотря на некоторые физические различия между ними, у каждой черной дыры есть одна общая черта: область называется горизонтом событий. Каждая черная дыра во Вселенной окружена границей, называемой горизонтом событий. Горизонт событий - это область, где сила тяжести становится настолько сильной, что даже свет, который является самой быстрой известной вещью во Вселенной, не может вырваться наружу. За горизонтом событий находится область пространства, которая по самому определению является неизвестной. Поскольку свет не может вырваться наружу, нет абсолютно никакого способа узнать, что происходит за горизонтом событий. События, происходящие внутри горизонта, никак не могут взаимодействовать с событиями, происходящими снаружи. Если ученые хотят когда-нибудь раскрыть, что происходит в пределах горизонта событий, им нужно будет найти способы косвенного определения того, что происходит. По крайней мере, в обозримом будущем черные дыры будут окружены тайной.
