Черные дыры: опасны ли они и ждать ли конец света?
Черные дыры – одна из самых больших тайн вселенной. Существует множество мифов вокруг этих объектов, поскольку до сих пор их исследования проводятся только на теоретическом уровне – из-за отдаленности черных дыр от Земли. Тем не менее, стоит ли боятся черных дыр и какова вероятность, что одна из них поглотит нашу планету? Что такое черные дыры и как они устроены?
Начнем с того, что далеко не все физики уверены, что черные дыры действительно существуют. Дело в том, что в нашей галактике «Млечный Путь» зафиксировано около 50 объектов, которые просто нельзя объяснить иначе. Тем не менее, большинство ученых приходят к выводу, что они есть.
Известный российский ученый-астроном, член-корреспондент РАН и директор института имени Штернберга МГУ Анатолий Черепащук, определяет черную дыру как «область пространства, в которой гравитационное притяжение настолько сильно, что ни вещество, ни излучение не могут эту область покинуть».
Черные дыры происходят из ядер сверхмассивных звезд, чья масса превышает 3 массы Солнца. Академик РАН Черепащук отмечает, что при такой массе звезда начинает сжиматься под действием собственной гравитации, когда внутри нее прекращаются термоядерные реакции поддерживающие высокую температуру и давление. Так называемый коллапс звезды, в этом случае, необратим, – звезда «схлопывается» и уже ничто не может преодолеть ее притяжения. В результате, область, где раньше была звезда, становится абсолютно черным, то есть – черной дырой. Центр черной дыры, который образуется в результате коллапса называют «сингулярность». Своеобразная граница черной дыры – так называемый «горизонт событий» представляет собой нечто вроде «однонаправленной мембраны»: излучение и вещество свободно проходит сквозь неё в чёрную дыру, но оттуда ничего не может выйти, поэтому внутренняя часть черной дыры никак не взаимосвязана с остальной Вселенной. Таким образом, черная дыра – это что-то вроде большого пылесоса.
В случае, если масса звезды меньше 3 масс солнца, то она будет постепенно уменьшаться и превратится в белый карлик или нейронную звезду. Черной дырой она стать не может, но может быть поглощена другой экс-звездой. В связи с этим, возникает вопрос: насколько вероятно, что солнечную систему и Землю поглотит черная дыра?
Стоит ли бояться черных дыр?
На самом деле, рядом с Землей черных дыр нет. Тем не менее, это не единственный повод облегченно выдохнуть. Мы уже говорили, что материя, поглощенная черной дырой, не может покинуть ее пределы. Однако в 1975 году английский учены, легендарный астрофизик, профессор Кембриджского университета Стивен Хокинг доказал, что черные дыры постепенно исчезают из-за квантовых эффектов у горизонта событий, которое теперь называется излучением Хокинга. В этом утверждении нет ничего парадоксального: ничто не может покинуть горизонт событий - излучение Хокинга «начинается» за его пределами. Таким образом, черная дыра должна, коль скоро она излучает, постепенно уменьшаться и исчезать. Однако излучение Хокинга чрезвычайно мало, чтобы его можно было досконально исследовать, поскольку ближайшая черная дыра находится от Земли очень далеко. По этой же причине до недавнего времени излучение Хокинга не было экспериментально. Более того, ученым до сих пор неизвестно, что происходит после того, как черная дыра исчезнет.
Сам Хокинг уверен, что черные дыры не так опасны, как это принято считать, и, на самом деле – это порталы в другие миры. В работе, опубликованной 6 июня 2016 года в журнале Physical Review Letters, ученый объясняет, что часть объектов (в широком смысле информации), которые поглощает черная дыра, «выходит наружу» в виде материальных частиц электромагнитного излучения (в узком смысле света) – фотонов, и остается на горизонте событий. Это явление Хокинг назвал «мягкие волосы», поскольку фотоны визуально их напоминают. Фотоны, по мнению ученого, переносят данные о свойствах объектов, которые «съела» черная дыра. Таким образом, горизонт событий – это не четкая линия, а своеобразный экран из «волос», на котором как на голограмме записано все, что исчезло в черной дыре. Более того, Хокинг делает вывод, что горизонт событий постоянно меняется из-за попадания в черную дыру новых объектов. В связи с этим, изучение черных дыр становится еще сложнее.
«Мягких фотонов» во вселенной очень много, но из-за того, что их энергия почти нулевая, заметить их крайне трудно. Тем не менее, остается не ясно что все-таки происходит с объектами после поглощения черной дырой, однако, Хокинг предложил инструменты для его решения.
Напомним, что в 2003 году американский ученый из штата Огайо Сеймур Мантур совместно с российским физиком Олегом Луниным предложили отказаться от версии, что все черные дыры абсолютно одинаковы и различаются массой и диаметром горизонта событий, пишет информагентство РИА Новости. Ученые предположили, что черные дыры – это не идеальные сферы, а «пушистые шары», чья форма все время меняется по мере поглощения новых объектов и их «испарений» в виде излучения Хокинга. По мнению Мантура, горизонт событий проницаем, а черные дыры вовсе не поглощают материю, а копируют ее: одна из копий остается снаружи, другая – видна только изнутри «клубка». Мантур убежден, что даже такие крупные объекты, как Земля, могут в целости и сохранности пройти сквозь горизонт событий, и мы этого даже не заметим.
Так или иначе, 15 сентября на сайте NASA появилось сообщение, что ученым при помощи телескопа WISE удалось сделать анализ так называемого «эха» черной дыры в момент поглощения новой звезды. Исследователи обнаружили, что во время поглощения звезды вокруг черной дыры (за пределами горизонта событий) появляется мощное излучение: ультрафиолет и рентгеновские лучи (т. е. фотоны), существование которых до сих пор не было подтверждено, поскольку они уничтожают любую пыль вокруг черной дыры. Однако пыль, которая находится достаточно далеко нагревается и от них и переизлучает инфракрасный свет, который и зафиксировал телескоп и по которому можно судить о начальном излучении. Это «переизлучение» и называется «эхом» черной дыры. Таким образом, убеждённость Хокинга в том, что объекты не исчезают бесследно в черной дыре, наконец нашла эмпирическое подтверждение и излучение, названное в честь ученого, действительно существует.
Итак, если горизонт событий проницаем, то любой объект может преодолеть смертоносное излучение Хокинга в целости и сохранности и продолжать существовать внутри черной дыры. В случае, если горизонт событий – это стена огня, то в лучшем случае от того, что притянула к себе черная дыра останется только инфракрасное излучение. На данный момент ясно только одно, природа горизонта событий – это главный вопрос, который стоит перед исследователями черных дыр, ответ на который потребует пересмотра законов физики, но откроет людям глаза на реальность.
Текст: Мария Васильченко, Мария Иваненко.