Що таке чорна діра? Що всередині?

Поговоримо про чорні діри. Загадкові космічні об’єкти, які поглинають все навколо … Але що вони собою являють? Так чи страшно падати в чорну діру? І найголовніше, чи можна зробити її з пончика?

Отже, чорна діра – це об’єкт, гравітація якого настільки велика, що будь-яке тіло, викинуте з нього зі як завгодно великою швидкістю, буде неминуче падати назад. Максимальною швидкістю у всесвіті має світло, і навіть він не може подолати гравітацію і вирватися за межі чорної діри. Наша чорна діра нічого не випромінює, ось тому-то вона і чорна.

Освіта чорних дір
Сценаріїв освіти чорної діри може бути кілька. Найреалістичніші розглядають стиснення матерії в дуже маленький обсяг. Як правило чорна діра – це маленький трупик зірки. Як було сказано в попередньому розділі, будь-яка зірка – це величезний газовий кулю, в якому діють сили гравітації, які намагаються стиснути його. Їм протистоять сили внутрішнього тиску, що виникають із-за колосальної температури термоядерних реакцій всередині зірки. До речі, це немов повітряна кулька: тиск зсередини розпирає його, але в той же самий час оболонка стягує його, здавлює. Ось в такому балансує стані знаходиться Сонце, та й будь-яка зірка на небосхилі.

Але коли запаси палива закінчуються, розпирає сила пропадає, і зірка починає стискатися під дією власної гравітації. І якщо вона стиснеться меншої ніж визначено радіуса, який називається радіусом Шварцшильда, то вона стане чорною дірою.

Чорна діра з пончика
Насправді будь-який об’єкт має таку радіусом. Можна взяти людину, і якщо якимось неймовірним чином стиснути його до розмірів в 20 мільярдів разів менше електрона, то тоді він стане чорною дірою. Якщо взяти пончик, айфон, куріпку, кавун, насіння, вчителі географії, Кремль і стиснути до певного радіуса, то утворюється маленька чорна діра.

Землю потрібно стиснути до розмірів черешні, Сонце – до кулі діаметром 6 кілометрів. Зірки важче трьох сонць вже самі по собі можуть стиснутися до чорної діри, тільки за рахунок власної гравітації. Меншим об’єктів не вистачає маси і, відповідно, гравітаційного стиснення, щоб цього досягти.

Чорні діри без стиснення
Цікаво, що середня щільність чорної діри тим менше, чим більше її маса. Наприклад, якщо чорна діра в 135 мільярдів разів важча за Сонце, то її середня щільність дорівнюватиме щільності води. Тільки уявіть, якщо взяти всю воду на Землі, потім ще стільки ж, і ще стільки ж, і так 2000 мільйонів мільярдів раз, і зібрати всю цю воду десь в космосі в величезну-величезну капліщу, то вона стане чорною дірою! І нічого стискати не доведеться.

Пристрій чорної діри
Але що знаходиться всередині чорної діри? Як вона влаштована? Під дією колосальної гравітації вся матерія стискається в одну точку. Ця точка має нескінченну щільність і називається сингулярність. Навколо неї утворюється область, з якої ніщо не може вибратися, навіть світло. Обмежена ця область простору так званим горизонтом подій.

Цікаво, а що ж станеться, якщо ви впадете в чорну діру? Спочатку подивимося з боку вашого передбачуваного партнера. Тут будуть позначатися ефекти загальної теорії відносності. В області з сильною гравітацією час тече повільніше щодо областей зі слабкою гравітацією. Тому з боку буде видно, що по наближенні до горизонту подій ваша швидкість зменшується і зменшується. Ви рухаєтеся все повільніше і застигає поблизу горизонту подій. Ваш напарник ніколи не побачить, як ви перетинаєте його, адже там час зупиняється повністю (з точки зору стороннього спостерігача, звичайно). Більш того, світлові хвилі, відбиті від вас, будуть відчувати все більшу червоне зміщення і тьмяніти. Так що напарник побачить, як ви потихеньку червонієте, тьмяніє і в підсумку зникаєте.

Падіння в чорну діру (з точки зору падаючого)
Однак для вас все буде відбуватися зовсім по-іншому! Якщо чорна діра досить велика, то ви спокійно пролетите горизонт подій, нічого не помітивши. Адже зовні ця межа в просторі особливо нічим не примітна, хоча назад дороги вже не буде. Інша справа, що в якийсь момент часу ви перетворитеся на спагетті! Тобто ви відчуєте, що вас починає витягати у напрямку до сингулярності. Вчені вирішили назвати цей процес креативно – спагетіфікація. Відбувається він через те, що гравітаційне поле навколо сингулярності дуже неоднорідний. Чим ближче до неї, тим воно сильніше, тому ваші ноги будуть притягатися набагато сильніше, ніж голова, і буде відбуватися таке ось розтягнення. Так що вас розірве ще до підльоту до точки сингулярності. Ну а коли атоми, з яких ви перебуваєте, все-таки впадуть на неї, що буде з ними відбуватися, поки загадка.

Чорні діри є вкрай цікавими об’єктами навіть для теоретиків, адже в них перевіряються наукові теорії в екстремальних умовах. Остерігатися їх теж не варто, просто так вони по космосу не літають. Але якщо вже вас і занесе в одну таку, просто насолоджуйтеся, не кожному уготована така доля.

Посилання на основну публікацію