Феномен космічних чорних дір

Одними з найбільш цікавих та таємничих об’єктів в космічному просторі є чорні діри. Це утворення, що володіють надзвичайно високою густиною та настільки потужною силою гравітації, що навіть світло не може вирватися за їх межі.

Чорна діра – це астрофізичний об’єкт, який створює настільки потужну силу тяжіння, що будь-які, навіть надшвидкі частинки, не можуть покинути його поверхню. 

Вперше про космічні чорні діри заговорив Альберт Енштейн в 1916 році, коли створив свою теорію відносності. Згодом, Карл Шварцшильд знайшов розв’язок рівнянь загальної теорії відносності Ейнштейна для сферичносиметричного тіла, згідно якої якщо розмір тіла не перевищує гравітаційного радіуса, то тіло своїм тяжінням буде захоплювати світло й будь-яку іншу матерію. Зорі з масою понад 3 маси Сонця на кінцевій стадії своєї еволюції неодмінно мають колапсувати (стискатися) до гравітаційного радіуса. 1967 року Джон Вілер назвав такі колапсари «чорними дірами».

Формування чорної діри починається тоді, коли у зірки, як мінімум втричі більшої за Сонце, закінчується енергія термоядерного синтезу.  Маса зірки залишається, але “палива” для її життєдіяльності вже немає, тому вона починає стискатися гравітаційними силами до межі радіуса Шварцшильда (гравітаційний радіус). На цій точці відбувається “класичне ділення на нуль”, а саме великої маси зірки на абсолютно нульовий об’єм. Саме в цей момент зірка перетворюється на чорну діру. 

В чорних дірах можна виділити 3 шари: ергосфера, горизонт подій та сингулярність.

Ергосфера це просторово-часова область поблизу чорної діри. Об’єкти, що перебувають у межах ергосфери, неминуче обертаються разом з чорною дірою за рахунок ефекту Лензе — Тіррінга. Горизонт подій – це кордон, де у будь-яких частинок зникають шанси на втечу. Як тільки частинка перетинає цю межу, вона вже не зможе повернутися назад. Це пов’язано з тим, що на радіусі Шварцшильда друга космічна швидкість ( мінімальна швидкість, які необхідно надати тілу, щоб воно вийшло за межі гравітаційної дії певного об’єкту) перевищує швидкість світла, що означає, що навіть світло не може вирватися з чорної діри. В надрах чорної діри викривлення сили гравітації сягає нескінченності, там знаходиться вся її маса. Цей шар називається сингулярністю.  Для чорних дір, які не обертаються, сингулярність має форму точки. Сингулярність чорної діри, яка обертається, має форму кільця.

Існує 3 різновиди чорних дір: зоряні чорні діри, надмасивні та проміжні. Звісно, ніщо не зрівняється зі страхітливими надмасивними чорними дірами. Вчені вважають, що такі гіганти існують в центрі кожної галактики і утворюють її ядро. Розміри цих космічних об’єктів здаються неймовірними: надмасивні чорні діри перевершують сонячну масу в мілліарди разів! Проміжні чорні діри формуються коли зорі зіштовхуються в певному сукупченні, піддавшись ланцюговій реакції. Зрештою, вони падають в центр і формують надмасивну чорну діру.

Механізм зникнення чорних дір є складним і мало дослідженим. Подібної теми Стівен Хокінг торкнувся ще в 1970-х роках. Він говорив, що чорні діри не зовсім «чорні». Там присутні квантово-механічні ефекти, які змушують її створювати радіоактивне випромінювання. Поступово чорна діра починає стискатися. Швидкість випромінювання зростає зі зменшенням маси, тому діра випромінює все більше і прискорює процес стиснення, поки повністю не розчиниться. Однак, це лише теоретична схема, адже ніхто не може точно сказати, що відбувається на останньому етапі.

Що станеться якщо людина впаде в чорну діру?

Насправді, якщо вам не пощастило і ваш космічний корабель перетнув горизонт подій, то сеснсу боротися вже немає. Почнімо з того. що ви будете знаходитися в стані вільного падіння. Чим ближче ви будете наближатися до центру чорної діри, тим сильніше будуть відчуватися приливні гравітаційні сили. Вам почне здаватися, що вас розтягують, а саме частина, яка ближче до сингулярності почне сильно притягуватися, адже чим ближче до точки сингулярності, тим більша різниця між гравітаційним притяжінням чорної діри та зовнішнього простору. Вчені полюбляють називати цей процес “спагеттіфікацією”. Зрештою, через декілька секунд вас просто розірве на шматочки, буквально на елементарні частинки. 

Доволі цікаво, що з боку спостерігача цей процес виглядає абсолютно по-іншому. Наприклад, якщо ваш друг спостерігає за тим, як ви наближуєтесь до чорної діри, він не побачить як вас моментально поглине космічне тіло. Він побачить, що з наближенням до діри ваш рух ставатиме все повільнішим, аж поки зовсім не зупиниться на межі горизонту подій. Спостерігачу буде здаватися, ніби ви застигли, а світло, що відображається від вашого тіла буде слабшати та зсуватися в бік червоного, аж поки ви не зникнете зовсім, ніби розчинившись. Він, та і взагалі ніхто, ніколи не зможе побачити, як ви перетинаєте горизонт подій.

На сьогодні, наука стверджує, що чорні діри не становлять ніякої небезпеки для людства. Сонце ніколи не зможе трансформуватися в чорну діру, тому що йому просто не вистачає для цього маси. Якщо надмасивна чорна діра і існує в нашій галактиці, то ми досить далекі від цього утворення.  Це все означає, що чорна діра навряд чи спроможна проковтнути увесь Всесвіт, точно можна сказати, що  найближчі декілька мільярдів років нам це точно не загрожує.