ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ: ОБРАТНАЯ СТОРОНА ВСЕЛЕННОЙ

Павлов И., Шляпина В.Г.

Черные дыры это самый странный и невероятный объект, найденный  во вселенной. Эти объекты чрезвычайно плотные и обладают такой огромной гравитационной силой, что даже свет не может преодолеть ее.  
Для того чтобы представить, что же такое черная дыра, разберем как она появляется. Учеными было обнаружено, что во время возникновения черной дыры происходит огромный выброс радиации. Это происходит тогда, когда крупные звезды исчезают в ореоле славы, именуемым "Сверхновая". Взрыв обладает такой мощностью, что свет его ярче солнечного в триллионы раз.
Запускает эту цепь событий сила, которая правит в космосе – притяжение. Ученые рассматривали притяжение как таинственную силу, которая не дает объектам, подобно солнцу, свалиться в космос. Но что если сам космос дает притяжению его силу. Именно так увидел это Альберт Эйнштейн. Для него космос представлялся как гибкая четырехмерная материя, названная им пространство-время. А притяжение – это искривление материи крупными телами, которое буквально сминает пространство – время. Оно удерживает тела на их пути, превращая их путь в орбиту. Теория Эйнштейна стала переломной в осознании картины мира.
Как может пространство искривляться? Ученые нашли ответ среди звезд одного класса, масса которых в 25 раз превышает массу Солнца. Этот класс получил название красные сверхгиганты. Такая звезда живет лишь несколько миллионов лет, что сопоставимо со временем жизни нашего Солнца. Потеря внутренней гравитации приводит к повышению температуры поверхности в миллионы раз. Легкие элементы сливаются с тяжелыми. Водород становится гелием, углеродом, и даже железом. Ядро многократно увеличивается в размерах  и стремится наружу. Давление вызывает взрывную волну, направляющуюся к поверхности. Звезда расширяется в пространстве-времени, образуя внутри себя черную дыру. Так гигант становится сверхновой. Когда пыль осядет, останется только черная дыра, объект в миллион раз тяжелее земли и в миллион раз меньше. Однако черная дыра - лишь прокол в материи пространстве-времени и чем ближе к ней, тем чудовищней гравитация.
Когда жизнь звезды заканчивается, она взрывается. Маленькие звезды, которые превышают массу солнца не более чем в 3 раза, становятся нейтронными звездами или белыми карликами. А большие тела становятся звездными черными дырами. Такие дыры относительно малы, но чрезвычайно плотные. Их масса превышает массу солнца в три или более раз. Это приводит к возникновению огромной гравитационной силы, которая притягивает газ, пыль и другие объекты вокруг нее, тем самым позволяя ей увеличиваться в размерах. Согласно подтверждённым астрономическим данным, галактика «Млечный Путь» насчитывает около нескольких сотен миллионов звездных черных дыр.
Хотя во вселенной много маленьких черных дыр, сверхмассивные обладают большей силой. Такие дыры в миллионы или даже в миллиарды раз тяжелее солнца, но их радиус равен расстоянию от Земли до ближайшей звезды (например, до Марса). Ученые предполагают, что такие объекты находятся в центре каждой галактики, включая «Млечный Путь».
Существует несколько теорий о том, как они набирают такой размер. Первая: они легко притягивают газ и пыль из космоса, которых предостаточно в центре любой галактики, позволяя ей вырасти до огромных размеров; вторая – сверхмассивные черные дыры сформировались путем слияния сотен или тысяч маленьких черных дыр; третья:  в результате взрыва нескольких звезд в звездном скоплении.
Ранее ученые считали, что есть только сверхмассивные черные дыры и маленькие, однако недавние исследования доказали существование черных дыр средних размеров, или промежуточных черных дыр, которые формируются за счет слияния нескольких ближайших звезд звездного скопления. Такие черные дыры были обнаружены в 2014 году.
Как правило, черную дыру делят на следующие составляющие: фотонная сфера, горизонт событий и сингулярность.
Фотонная сфера – это сферическая поверхность нулевой толщины, на которой движущиеся вдоль касательной к поверхности фотоны будут захвачены на круговые орбиты. Если проходящий фотон пересекает фотонную сферу, его захватит черная дыра. Однако, движение по поверхности нестабильно, и в результате фотон может покинуть фотонную сферу.
Горизонт событий является неотъемлемой частью черной дыры. По своей сути, горизонт событий – это граница, под которой пространство-время искривляется настолько, что все пути частиц направлены вниз, к сингулярности. При приближении объекта к горизонту событий сторонний наблюдатель будет видеть его замедление с практически полной остановкой и исчезновением. Это происходит из-за разницы течения времени у наблюдателя и объекта, падающего в черную дыру. У наблюдателя время бежит быстрее. У объекта же все процессы замедляются, испускаемые фотоны перестают вырываться наружу, из-за чего свет тускнеет, становясь более красным и тусклым, и через некоторое время весь испускаемый объектом свет будет поглощен черной дырой. Объект исчезнет из поля зрения наблюдателя.
Следует добавить несколько слов о сингулярности. Сингулярность – точка пространства с бесконечной массой, плотностью и гравитацией. Тяжело представить себе это, но в данном случае вся масса черной дыры сосредоточена в нулевом объеме! Парадокс, не правда ли? Впервые на сингулярность указал Роджер Пенроуз в своих расчетах.

Список литературы:
1. http://ru.wikipedia.org
2. http://www.space.com
3. http://www.nationalgeographic.com