Впервые о существовании чёрных дыр высказался Альберт Эйнштейн. Рассуждая о пространстве и времени как материи, он представлял их в виде ткани, которую сдавливают окружающие космические тела, в результате чего в ней появляются неровности, в том числе впадины.

Подобные рассуждения однажды озарили мозг ученого догадкой, что происхождение гравитации связано с искривлением этой ткани. По его мнению, в образующиеся в ней впадины слетаются окружающие космические тела, которые растягивают ее до тех пор, пока пространство не надорвется, образуя так называемую чёрную дыру. После чего все тела, попадающие в эту впадину и дыру, бесследно исчезают.

Что они из себя представляют?

Чёрные дыры – это части космического пространства, где гравитационное воздействие на окружающие объекты настолько сильное, что даже скорости света недостаточно, чтобы покинуть их пределы, поэтому чёрные дыры поглощают свет.

По сути, это космическая бездна, куда стекает материя, в частности пространство и время. Для лучшего понимания, можно сравнить чёрную дыру с водопадом, где вместо воды пространство. Представьте байдарочника, который гребет против течения бурной реки, но оно слишком сильное и быстрое, отчего он не справляется и падает в водопад. Подобное происходит и с космическими телами. Чёрная дыра при помощи гравитации (течение реки) притягивает к себе окружающие объекты, засасывая их во внутрь (водопад) безвозвратно, так как все, что в нее попадает, не способно преодолеть силу притяжения и оказывается в точке невозврата.

Как они появляются?

Чёрные дыры не возникают из ниоткуда. У них, как и у всего в природе, есть свое начало. Их появлению предшествует существование красных гигантов – звёзд, жизнь которых подходит к концу, несмотря на их огромные размеры и невероятное количество нерастраченной энергии. Масса таких гигантов во много раз превосходит солнечную, но сгорают они быстрее. Из-за силы их гравитации температура звёзд повышается до миллиарда градусов и выше, после чего гелий и углерод в ядре начинают плавиться, образуя тяжелые элементы. Гравитационное поле продолжает давить на звезды все сильнее и сильнее, пока не произойдет взрыв.

После взрыва на месте бывшего красного гиганта может остаться либо нейтронная звезда, либо чёрная дыра. Изначально чёрные дыры не обладают внушительными размерами, всего лишь несколько км в диаметре. Но они отличаются колоссальной плотностью. Для понимания: если из вещества чёрной дыры изготовить чайную ложку, вес ее составит примерно миллиард тонн. Притяжение в этих космических областях достигает таких значений, что ни одно космическое тело, попав в чёрную дыру, никогда ее не покинет.

Можно ли рассчитать массу чёрной дыры?

Назвать точно, какой массой обладает чёрная дыра, невозможно. На данный момент ученые с уверенностью утверждают, что масса этих загадочных космических объектов в миллионы раз больше Земной. Плотность чёрных дыр превышает все известные в настоящей Вселенной объекты и проникает за ее границы, сминая пространство в закрученную складку и приобретая известную нам форму чёрной дыры.

 Существуют ли настоящие снимки чёрной дыры?

Впервые снимок чёрной дыры был сделан в 2019 году. Для его получения в течение 2 лет ученые обрабатывали огромный пакет данных, собранных радиотелескопами с множества точек Земли.

Это изображение чёрной дыры в галактике Мессье 87 (Messier 87), расположенной от нас в 50 млн световых лет. Масса этой чёрной дыры превышает Солнечную в 6,5 млрд раз!  

Почему чёрные дыры образуются в центре крупнейших из галактик?

В необъятной Вселенной существуют миллиарды галактик. В результате кропотливого труда ученых, более миллиона из них уже проанализировано, что позволило исследователям сделать вывод о существовании чёрных дыр в их центральных частях. Возникает закономерный вопрос: как они там оказались?

Самое логичное объяснение приводит нас к Большому взрыву, в результате которого Вселенная начала расширяться за счет вырвавшихся энергии и материи. Образовавшиеся элементы – водород, гелий и другие – стали основой для появления первых космических тел. Длившееся миллионы лет слияние водородных частиц делало облака газа гуще и плотнее. Некоторые из них нагревались и воспламенялись. Так появлялись первые горячие звезды, гигантские размеры которых превосходили Солнце в сотни раз. Такие звезды быстро сгорают и взрываются с образованием вспышки сверхновой, выбросом огромного количества энергии и оставшимся компактным объектом – нейтронной звездой или черной дырой.

В ходе расширения Вселенной крупнейшие галактики поглощают маленькие, содержащие чёрные дыры. Эти чёрные дыры никуда не исчезают, а перемещается в центральные части новых, расширяя их дальше.

С какой скоростью чёрная дыра притягивает космические тела?

Как уже было сказано выше, чёрные дыры отличаются спиралевидной формой. Любая материя, любое космическое тело, попав в гравитационный поток чёрной дыры, двигается по спирали, как вода в водовороте. Скорость этих объектов при вращении вокруг нее стремится к скорости света, увеличиваясь по мере приближения к чёрной дыре.

В чем суть излучения Хокинга?

Стивен Хокинг изучал эти загадочные космические объекты и обнаружил, что они излучают тепло. Заинтересовавшись этим явлением, он искал его первоисточник, и в ходе продолжительных исследований обнаружил, что тепло получено от положительно заряженных частиц. Это явление было названо в честь исследователя.

Лебедь X-1 – чёрная дыра?

Во второй половине 20 века ученые из Канады заметили в космосе некий объект, от которого шло очень мощное рентгеновское излучение. Они предположили, что это чёрная дыра и дали ей имя Лебедь X-1.

Два известных ученых-физика Стивен Хокинг и Кип Торн занимались ее изучением и заключили пари на предмет принадлежности этого объекта к чёрным дырам. Кип Торн утверждал, что это чёрная дыра, и в конце 20 века одержал победу в споре.

Анализ данных, полученных в ходе длительных наблюдений за объектом, показал, что Лебедь X-1 уменьшился в массе и стал равен 5 Солнцам при сохранившейся мощности гравитационного поля.

Какая связь существует между чёрными дырами и радиусом Шварцшильда?

С точки зрения математики, практически любой объект можно превратить в чёрную дыру. Для этого нужно лишь его сжать до крошеных размеров, не меняя его массу.

Каждый объект необъятной Вселенной обладает радиусом распространения гравитации – радиусом Шварцшильда. Иными словами, это радиус некой сферы, до которой необходимо сжать тело, сохранив его массу в новом объеме и увеличив его плотность до предельных значений. При это гравитационное поле этого тела должно расшириться настолько, чтобы поглощать даже свет.

В отношении чёрной дыры под радиусом Шварцшильда понимается радиус самой чёрной дыры, и он прямо пропорционален массе источника – красного гиганта. Ограничений по размеру в настоящее время неизвестно, ведь в астрофизике звезды могут быть сколь угодно большими.