Как появляются и умирают черные дыры

Самыми таинственными объектами во Вселенной по праву можно назвать черные дыры – области пространства-времени, гравитация которых настолько сильна, что ничто, даже свет, не может их покинуть. Интересно, что на просторах бесконечной Вселенной существуют черные дыры, масса которых превышает массу Солнца в пять-сто раз, но есть и такие, чья масса превышает миллиард солнечных.

Сегодня астрономы считают, что сверхмассивные черные дыры скрываются в сердце большинства галактик, отмечая при этом, что Вселенная находится в так называемой «звездной эре» – этапе эволюции Вселенной, во время которого звезды и галактики рождаются непрерывно. Но что лежит за границей звездной эры? Исследователи полагают, что в конечном итоге все ингредиенты для создания черных дыр будут исчерпаны, а звезды в ночном небе медленно погаснут, превратив тем самым черные дыры в единственных обитателей Вселенной. Но даже эти космические монстры не могут существовать вечно. Когда-нибудь и они погибнут, озарив, на прощание, пустое и безжизненное пространство фейерверком.

Как появляются черные дыры?

Свое существование черные дыры начинают со смерти: когда в ядрах некоторых массивных звезд заканчивается топливо, они переходят на следующую ступень своей эволюции и взрываются. Во время мощного взрыва яркость сверхновых звезд (именно так их называют ученые) резко увеличивается, а затем медленно затухает. Взрыв также является причиной выброса в межзвездное пространство значительной массы вещества из внешней оболочки звезды, а также огромного количества энергии.

Та часть вещества, которую не выбросило в межзвездную среду, как правило, преобразуется либо в компактный объект – нейтронную звезду (в случае, если масса звезды до взрыва составляла более 8 солнечных масс). Либо в черную дыру – область пространства-времени, в которой всем управляет ее величество гравитация (в случае, если масса оставшегося после взрыва ядра превышает солнечную в пять раз).

Как отмечают астрономы, подобная связь между рождением черной дыры и смертью звезды, которая ее образовала, довольно распространенное явление во Вселенной. Особенно близки черные дыры с другими звездами в тех ее уголках, где звездообразование происходит с высокой скоростью. Напомним также, что звездообразование является крупномасштабным процессом, в ходе которого из межзвездного газа в галактике начинают массово формироваться звезды.

Эволюция черных дыр

Итак, после рождения черной дыры в результате гибели массивной звезды, ее главным занятием становится поглощение любых объектов, оказавшихся поблизости. В некоторых случаях поглощенный материал (газ и звезды) окружает этих космических монстров, двигаясь все быстрее и скапливаясь вокруг. Так как трение между пылью генерирует тепло, аккреционный диск черной дыры начинает светиться, очерчивая ее тень или горизонт событий. Именно его в 2019 году удалось сфотографировать ученым. Большинство современных астрономов считает, что в центре всех галактик находятся сверхмассивные черные дыры. Это объекты, обладающие массой в миллионы и миллиарды солнечных, непрерывно притягивающие и поглощающие любую материю. Часть материи «пережевывается» черной дырой и выбрасывается в виде релятивистских струй (джетов) – тонких пучков плазмы, разогнанной до околосветовых скоростей.

В нашей галактике, а также в ряде других эта центральная черная дыра находится в неактивном состоянии — она не выбрасывает джеты. Ученые долгое время пытаются выяснить, когда она «заснула» и насколько активной была в прошлом. Кроме того, астрофизики хотели бы узнать, как эта активность влияла на жизнь звезд в центре нашей галактики и на ее окрестностях.

Но помимо того, что горизонт событий окружает черную дыру, он также является ключом к ее гибели. Все потому, что любой поглощенный черной дырой материал пропадает навсегда, по крайней мере, это следует из нашего понимания гравитации. Однако эта так называемая точка невозврата не учитывает квантовую механику – да, да, физики по-прежнему трудятся над созданием единой теории квантовой гравитации.

В 1974 году выдающийся британский физик-теоретик Стивен Хокинг доказал, что с точки зрения квантовой механики побег из черной дыры возможен, хотя и очень, очень медленно. То, как долго проживет отдельная черная дыра, зависит от ее массы. Чем больше становится черная дыра, тем дольше она испаряется. В этом смысле, как отмечают астрономы в интервью порталу astronomy.com, черные дыры могут обмануть смерть, становясь больше.

Исследователи сравнивают этот процесс с песочными часами, где песок наверху – это количество времени, оставшееся у черной дыры. Поглощая все больше звезд и газа, прожорливый космический монстр продолжает добавлять песчинки в «тикающие» песочные часы, даже когда отдельные частицы просачиваются наружу. Но по мере старения Вселенной материал вокруг черной дыры иссякнет, знаменуя ее неминуемую погибель.

В последнюю десятую долю секунды жизни черной дыры она озарит все вокруг ярчайшим фейерверком, подобно миллиону термоядерных бомб, взрывающихся в очень крошечной области космоса.

Кстати, самая мощная из когда-либо зарегистрированных сверхновых (ASSASN-15lh) сегодня считается в 22 триллиона раз более взрывоопасной, чем черная дыра в ее последние мгновения. А как вы думаете, каким будет конец Вселенной? Поделитесь своими предположениями в комментариях к этой статье.