Що таке чорна діра?

Утворено з помираючої зірки

Чорні діри зазвичай утворюються, коли зірка масою щонайменше 20–25 разів більша за Сонце вичерпує ядерне паливо. Протягом мільйонів років зовнішній тиск від злиття точно компенсував гравітаційний тягар; коли цей баланс порушується, зовнішні шари стискаються всередину менш ніж за секунду, а ядро стискається в сингулярність – точку, що характеризується ефективно нескінченною щільністю, меншу за розмір окремого атома. Це колапс запускає вибух наднови ни, видимий на відстані галактик, і те, що залишається після нього, є чорною дірою. Для порівняння: Сонце потрібно стиснути в кулю діаметром лише 6 км, щоб стати чорною дірою; Земля повинна зменшитися до 9 міліметрів. Супермасивна чорна діра в центрі нашої галактики, Sagittarius A*, важить приблизно 4 мільйони Сонць; найближча відома чорна діра, Gaia BH1, знаходиться приблизно за 1600 світлових років.

Горизонт подій: точка неповернення

Навколо сингулярності розташований горизонт подій – це не фізична стінка, з якою можна зіткнутися, а радше межа, за якою кожне можливе напрямки руху веде глибше всередину, ніколи назад. У кожного об'єкта є швидкість втечі: приблизно 11,2 км/с для Землі та 617 км/с для Сонця. На горизонті подій чорної діри ця швидкість втечі досягає швидкості світла – максимального обмеження швидкості у Всесвіті, тому ніщо, навіть світло, не може повернутися назад. Багато чорних дір оточені обертовою аккреційним диском, що складається з падаючих газів, нагрітих до мільйонів градусів через тертя, які випромінюють рентгенівське випромінювання, що дозволяє астрономам їх виявляти.

Викривлення часу та поступове згасання

Загальна теорія відносності передбачає, що гравітація сповільнює час — чим сильніший поле, тим повільніше працює годинник порівняно з віддаленим спостерігачем. Поруч із чорною дірою цей ефект стає екстремальним: якщо похитнутися лише за межами горизонту подій і повернутися на Землю, ви проживете значно менше, ніж ті, хто залишився. Ця концепція лежить в основі різниці у часі 7 до 1 у фільмі «Інтерстеляр». На самому горизонті подій об'єкт, що падає, з точки зору зовнішнього спостерігача, здається застиглим і згасаючим назавжди – хоча він нічого цього не відчуває з власної перспективи. І чорні діри не є вічними: у 1974 році Стівена Хокін показав, що квантові пари частинки-античастинки, що мерехтять біля горизонту, дозволяють одній партнерці втекти, а інша падає всередину, поступово виснажуючи масу чорної діри за рахунок випромінювання Хокінга. Для чорних дір із масою зірки це випромінювання надто слабке для виявлення, але протягом приблизно 10⁶⁷ років – одного з найдовших часових масштабів у фізиці – воно повністю випарується.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте the simulation і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.