Интереcно о науке

Черные дыры – это одни из самых уникальных явлений во вселенной. Они всегда увлекали умы ученых, писателей и просто фантазеров. Не смотря на всю их уникальность и необычность, они были предсказаны еще в 1915 годы Альбертом Эйнштейном в 1915 году в его Общей теории относительности. В данной статье мы попробуем не просто приблизиться к ним, а попытаемся понять сущность происходящих в них процессах, а также попытаемся объяснить, откуда они произошли и угрожают ли они нашей планете.

Итак, что же такое черная дыра. Как известно, любая из миллиардов галактик в нашей вселенной имеет свою звезду. Для нашей галактики  – это Солнце. Звезда – это бурлящий термоядерный реактор, в котором кипит процесс синтеза атомов гелия из водорода. При этом выделяется огромное количество энергии в виде тепла, света, радио и других видов излучений. При этом в звезде действуют две взаимно противоположные силы: термоядерный котел в ее центре пытается разорвать материю и разбросать ее по вселенной, а огромная масса создает мощнейшую силу гравитации, которая, в свою очередь, пытается сжать звезду. Такое положение продолжается до тех пор, пока в звезде есть достаточно топлива. Когда в ней заканчивается топливо, интенсивность внутренних процессов начинает замедляться. В один момент, когда реакция становиться слишком слабой сила гравитации пересиливает и обрушивает звезду внутрь себя. Это сопровождается мощнейшим взрывом и выбросом энергии, распространяющимся к самым окраинам вселенной. При этом вместо звезды остается небольшой темный объект, но обладающий невероятной массой и гравитацией. Его сила притяжения на столько высока, что даже свет не может прорваться сквозь нее. Это и есть черная дыра. Если представить, что все пространство – это плоский лист, а  сила гравитации соответствует глубине прогиба в нем, то черная дыра – это бездонна пропасть, из которой не может выбраться ни один объект.

Причем, не каждая звезда может стать черной дырой. К примеру, Солнцу не суждено развиться в этот устрашающий объект. Главный критерий  – это масса. Относительно «легкие» звезды просто умирают менее грандиозно: они просто угасают, и на их месте остается небольшой темный и холодный объект. Он, конечно, сжимается в несколько раз по отношению к изначальному диаметру, но не достаточно для того, чтобы стать бездонной воронкой в пространстве.

Черные дыры бывают двух типов:

1. Шварцшильда – не вращающиеся черные дыры;
2. Керра – вращающиеся черные дыры.

Черные дыры Шварцшильда – это простые черные дыры, ядро которых не вращается в пространстве. Их устройство предельно просто: они имеют лишь ядро и горизонт входа – воображаемая линия вокруг ядра, пройдя которую объект уже не сможет преодолеть силу притяжения и обязательно обрушиться на ядро.

Черные дыры Керра вращаются вокруг своей оси, и они более часто встречаются во вселенной. Вращение они наследуют от своих звезд-родителей, т.е. звезда вращалась еще до взрыва (обрушения) и не утратила вращательный момент после коллапса.

Дыры Керра устроены несколько сложнее, чем дыры Шварцшильда. Они кроме ядра и горизонта входа обладают также эргосферой и статическим лимитом. Эргосфера – это область вокруг черной дыры за пределами горизонта входа, появление которой вызвано разрушением тел перед их поглощением черной дырой. Внешне эргосфера выглядит как облако в виде диска. Также вращающиеся черные дыры обладают статическим лимитом – еще одной границей невозврата, отделяющей космическое пространство от эргосферы.

Также черные дыры Керра обладают еще одним уникальным элементом: двумя воронками на полюсах. И в них не было бы ни чего примечательного, если не учитывать направление частиц в них. Рассмотри этот элемент по подробнее. Как было сказано выше, черная дыра – это бездонная пропасть, которая может поглощать не только планеты и кометы, но и звезды и даже звездные системы. Но сказать, что ничто не покидает ее пределов было бы не правильным. Оказывается может!

Объект, приближаясь к статическому лимиту, распадается на части. Двигаясь по спирали в эргосфере все ближе и ближе к границе входа он все сильнее расщепляется на простейшие элементы, из которой состоит любая материя – молекулы и атомы. На границе атомы распадаются на еще более простейшие элементы протоны и электроны. Электроны так и падают безвозвратно на поверхность ядра. Но образуемое черной дырой магнитное поле чудовищной силы имеет положительный заряд и выбрасывает поток протонов во внешнюю среду, образуя воронки на полюсах. Таким образом, покинуть черную дыру можно лишь распавшись на атомарном уровне.

Черные дыры получили свое название за неприметность во вселенной, просто так их нельзя увидеть, не смотря на их огромную массу. Так как же ученые смогли заметить их? Этому способствуют три побочных эффекта, наблюдаемых в области ее существования. Рассмотрим их:

1. Оценка масс объектов, которые вращаются вокруг черных дыр. Не смотря на их устрашающее воздействие на окружающие объекты, черные дыры могут не только разрушать, но и группировать объекты. Как говорилось в начале статьи, многие черные дыры являются центрами галактик. Поэтому вращающиеся звездные системы вокруг «пустого» места наводят на предположения о существовании черной дыры в ее центре.
2. Эффект гравитационной линзы. Еще Эйнштейн в своей общей теории относительности предполагал, что пространство может изгибаться под действием внешней гравитационной силы. Такой силой, как раз, может являться черная дыра. Пространство может быть искривлено на столько, что даже световые лучи изменяют свою траекторию и двигаются по дуге. Таким образом, если на двух последовательных снимках какой-либо крупный объект, например звезда, быстро меняет свое положение, то это один из признаков наличия черной дыры между этой звездой и Землей.
3. Испускаемое излучение. Объекты, входящие в эргосферу разогреваются до миллионов и даже миллиардов градусов. Такой разогрев приводит к возникновению большого рентгеновского излучения. Как на Земле, так и на ее орбите вращаются ряд радиотелескопов, способных улавливать излучение в различных диапазонах, в том числе и рентгеновские лучи.

Черные дыры – поглощающие целые звезды без труда смогли бы в считанные доли секунды поглотить такую маленькую планету как Земля. Однако вероятность этого крайне мала. Ближайшая обнаруженная черная дыра находится в центре нашей галактики и находится в миллионах световых лет и вряд ли достигнет нашей планеты в ближайшие несколько миллиардов лет.