Черные дыры: описание, разновидности

Что такое черная дыра

Наша Вселенная полна различных загадочных объектов, к пониманию которых современная наука приблизилась лишь незначительно. В их число входят черные дыры — самые древние и таинственные объекты Вселенной.

Она обладает настолько высокой плотностью и массой, что за ее пределы не может вырваться даже свет. Таинственность темных материй также обусловлена тем, что их невозможно исследовать прямыми методами, как звезды, планеты или другие небесные тела.

Наблюдать за ними можно только через косвенные признаки и астрофизические расчеты, так как сам массивный сверхобъект человек не способен увидеть. Информацию о черных дырах получают, наблюдая за ее взаимодействием с другими телами. Например, если рядом с ней появляется звезда, она поглощает ее вещество, пока небесное тело не исчезает полностью.

Границы космического объекта называются горизонтом событий. Все, что попадает за пределы черной дыры, уже никогда не сможет вырываться оттуда.

Автор понятия достоверно не известен, но впервые его употребил в своей лекции американский физик-теоретик Дж. А. Уилер в 1967 году. До этого для обозначения таких неизвестных небесных тел использовались определения «коллапсары» или «застывшие звезды». При этом, на протяжении многих лет существование подобных астрофизических тел поддавалось сомнению, и только в 2015 году их реальность была доказана, благодаря фиксации гравитационных волн, вызванных слиянием двух черных дыр. В 2019 году был сделан первый снимок тени черной дыры в центре галактики Messier 87, расположенной на расстоянии 54 миллионов световых лет от Земли.

Как образуются черные дыры

В современной астрофизике различают 4 гипотезы об образовании черных дыр:

• гравитационный коллапс очень массивной звезды;
• коллапс центральной части галактики или протогалактического газа;
• возникновение в результате Большого взрыва;
• появление в ядерных реакциях высоких энергий.

Гравитационный коллапс очень массивной звезды. Черная дыра, образованная по этому сценарию, рождается в результате умирания тяжелой звезды с массой более трех солнечных масс, которая в процессе выгорания теряет свой электрический заряд и магнитное поле. Она сжимается к центру под собственной тяжестью до состояния черной дыры, и ее гравитационное поле становится настолько сильным, что перестает выпускать даже свет.

В конце своей жизни любая звезда с соответствующей массой может превратиться в темную материю, при этом карликовые и недостаточно массивные объекты не могут коллапсировать до такого состояния.

Коллапс центральной части галактики или области протогалактического газа. Согласно это гипотезе, практически каждая галактика имеет черную дыру в своем центре, поэтому под собственной массой коллапсирует не просто отдельная звезда, но целая часть галактики.

Возникновение в результате Большого взрыва. В рамках этой теории рассматривается образование первичных черных дыр на ранней стадии развития Вселенной в результате Большого взрыва.

Появление в ядерных реакциях высоких энергий. Такие объекты называют квантовыми, они отличаются недолгой продолжительностью жизни. Подобные реакции можно проводить и в лабораториях. К примеру, их использует в изучении частиц в адронных коллайдерах.

Виды черных дыр

На данный момент известно о существовании четырех видов черных дыр:

Звездной массы — это объекты, образованные от гравитационного сжатия или коллапса угасающих звезд.

Сверхмассы — это разросшиеся очень большие дыры, но при этом, с невысокой плотностью и слабыми приливными силами, образующие ядра большинства галактик. Среди них находится и массивная дыра в центре Млечного пути весом в 4 миллиона солнечных масс. Считается, что она образовалась от гигантского газового облака, которое сжалось до темной материи, либо входит в первое поколение тяжелых звезд, которые коллапсировали до первичных черных дыр, а затем слились в одну сверхмассовую дыру.

Первичные черные дыры — это гипотетический тип сверхобъекта с небольшой массой, появившийся сразу после Большого взрыва при высоких значениях температуры и давления.

Они могут быть любого размера, так как не образованы в результате коллапса звезд. Их жизненный цикл примерно равен возрасту Вселенной, то есть около 13 миллиардов лет, поэтому если маломассивные черные дыры возникли в период Большого взрыва, они до сих пор могут существовать.

Космологи полагают, что первичные массивные тела, вес которых больше 1000 млн тонн могут составлять темную материю, и наблюдение за ними возможно лишь по влиянию их гравитационного поля на видимую материю либо на процесс расширения Вселенной.

Квантовые черные дыры — это микроскопические черные дыры, которые образовались в результате ядерных реакций.

Признаки черных дыр

Учитывая, что черные дыры не излучают света, рассмотреть их не представляется возможным. Установить существование этих сверхмассивных объектов можно только по косвенным признакам, указывающим на их наличие. Среди наиболее явных признаков, по которым они себя проявляют, можно выделить следующие:

1. Плотное скопление звезд, сгрудившихся вокруг некоего центра гравитации. В этом случае их кружение вокруг пустого места в самом центре галактики явно говорит о том, что в этом месте находится сверхмассовая черная дыра.
2. Поглощение все материю из окружающего ее пространства. Звезды, межзвездная пыль и другие космические тела, приближаясь к воронке, начинают ускоряться и излучаться в рентгеновском диапазоне. Поэтому при наблюдении за таким излучением, можно судить о присутствии черной дыры.
3. В результате слияния двух черных дыр образуется гравитационное излучение, в 1000 раз сильнее энергии, которую произвело Солнце за все время своего существования. Обнаружить это излучение можно с помощью специальных гравитационно-волновых обсерваторий.

Сколько черных дыр открыто учеными

Число существующих черных дыр никто не знает, так как ученые только подступают к изучению самых загадочных объектов Вселенной. В центре нашей Галактики по актуальным данным обнаружено около десятка черных дыр, при этом в Млечном пути находятся сотни миллиардов огромных звезд, которые при угасании могут образовать очередную черную дыру.

Небесных тел, которые ведут себя как одиночные черные дыры, то есть тянут на себя материю и газ, очень много. Двойных, по данным ученых, всего 10 пар.

Тема черных дыр крайне интересна, но очень сложна. И пока вы будете разбираться с ней, Феникс.Хелп подстрахует с учебой.