Космические пылесосы, или что такое черные дыры?

Если углубляться в серьезные объяснения сущности этого явления, то у обычного человека непременно “ум зайдет за разум”. В конце концов, мы не Эйнштейны и вряд ли способны освоить хотя бы элементарные понятия квантовой физики. Наиболее распространенное представление о черной дыре, во многом сложившееся благодаря научной фантастике, — это некий аналог космического пылесоса, который затягивает в себя все подряд. Считается, что там весьма странно ведут себя пространство и время.
Что происходит с объектом, попавшим в эту гигантскую воронку? Астрофизики выдвигают самые разные теории, но ни одну из них пока невозможно доказать. До ближайшей к нам черной дыры, которая находится в центре нашей галактики и называется Стрелец А, — 26 тысяч световых лет, или 250 квадриллионов километров.
С научной точки зрения черная дыра — область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть ее не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Существует несколько теорий о том, как именно образуются черные дыры. Наиболее простая из них — особый взрыв (так называемый взрыв внутрь, или гравитационный коллапс) массивной звезды. Дело в том, что ядро звезды представляет собой термоядерный реактор. По истечении времени (это могут быть миллиарды лет), когда в нем вырабатываются все ресурсы для термоядерного синтеза, ядро как бы сжимается вовнутрь и “схлопывается”. При этом сила тяжести и гравитация в этой области возрастают настолько, что свет не может ее покинуть, и она становится невидимой. Так образуется черная дыра.
На данный момент учеными обнаружено около тысячи объектов во Вселенной, которые причисляются к черным дырам. Всего же предположительно их количество исчисляется десятками миллионов. Астрофизики полагают, что в центре большинства массивных галактик всегда находится как минимум одна дыра.
В данный момент самой большой считается сверхтяжелая черная дыра в центре галактики NGC 1277 в созвездии Персея, удаленная от Земли на 228 миллионов световых лет. Она была открыта в 2012 году группой немецких ученых из Института астрономии в Гейдельберге во время анализов снимков галактики, полученных при помощи инфракрасного спектрометра телескопа Хобби-Эберли. Черная дыра в созвездии Персея содержит в себе огромное количество материи — от 14 до 20 миллиардов масс нашего Солнца. Ранее самым тяжелым объектом считалась черная дыра в галактике NGC 4889, масса которой составляет 9,8 миллиарда солнечных масс.
Главные понятия, связанные с черной дырой, которые очень любят упоминать писатели-фантасты, — гравитационный радиус и точка невозврата. Первый представляет собой границу, в которой значительно изменяются обычные свойства пространства-времени, что описывается общей теорией относительности. Второе понятие не представляет собой ничего сложного, если взять в качестве примера обычный водоворот, который можно наблюдать в земных водоемах. Точка невозврата — место, где сила притяжения центра воронки захватывает, не позволяя вырваться и утягивая внутрь. С точки зрения астрофизиков именно там — по ту сторону черной дыры — и происходит самое любопытное.
Отсутствие достоверной информации возбуждает творческую фантазию. Например, о путешествии в центр черной дыры рассказывает фильм “Интерстеллар”, где она представлена как многомерное пространство, откуда главный герой смог передать сообщение себе и своей дочери в прошлое. А известный физик Стивен Хокинг не далее как летом прошлого года заявил, что черные дыры могут быть входами в параллельные миры. Ученый обратил внимание на “информационный парадокс”: черная дыра втягивает в себя материю, но при этом не выпускает ее. А это невозможно с точки зрения квантовой механики. В результате Хокинг пришел к выводу, что есть два возможных варианта развития событий: либо все объекты зависают внутри, где просто бесцельно болтаются туда-сюда, либо это не что иное, как проходы в другие миры. Тем не менее сам он не стал бы рисковать, проверяя эту теорию: “Я заинтересован в совершении космического полета, но лететь в черную дыру я пробовать не буду”.