Зоркі - гэта целы з неверагоднай масай. Аднак у канцы жыцця яны могуць стаць яшчэ больш масіўнымі. Менавіта тады яны могуць перайсці ад выпраменьвання да паглынання святла, становячыся наваднымі і загадкавымі сутнасцямі, чорнымі дзіркамі. Яны кідаюць выклік вядомай нам фізіцы і, здаецца, супярэчаць многім «правілам», якія мы вывелі з назіранняў за космасам. Што мы пра іх ведаем?
Што такое чорная дзірка?
У 1783 г. англійскі геолаг і свяшчэннік Джон Мішэль накіраваў ліст у Каралеўскае таварыства, у якім апісаў гіпатэтычнае цела, настолькі шчыльнае, што ад яго не можа выйсці нават святло. У той час былі добра вядомыя тэорыя гравітацыі Ньютана і канцэпцыя хуткасці ўцёкаў. Нягледзячы на тое, што разлікі Мічэла крыху не дацягнулі, канцэпцыя была правільнай. Зразумела, у той час іх не называлі «чорнымі дзіркамі». Гэта назва з'явілася ў 20 стагоддзі, прапанаванае фізікам Джонам Арчыбальдам Уілерам. Чорная дзірка - гэта такое шчыльнае цела з такой вялікай масай і такім малым аб'ёмам, што яна прыцягвае ўсё сваёй бязмернай гравітацыяй. Настолькі, што нават святло не можа пазбегнуць яго прыцягнення. Іншы спосаб яго інтэрпрэтацыі заключаецца ў тым, што ён дэфармуе прастору вакол сябе такім чынам, што фатоны, якія «падаюць» у гравітацыйны калодзеж, які ён генеруе, не могуць выйсці адтуль.
У 1783 г. англійскі геолаг і свяшчэннік Джон Мішэль накіраваў ліст у Каралеўскае таварыства, у якім апісаў гіпатэтычнае цела, настолькі шчыльнае, што ад яго не можа выйсці нават святло. Давайце ўявім, што мы набліжаемся да чорнай дзіркі. Яго гравітацыя не «цягне мацней», чым іншыя падобныя целы, напрыклад, зоркі. Аднак, калі мы скарачаем дыстанцыю, гэтая сіла надзвычай узрастае. Ёсць кропка, якая называецца гарызонтам падзей. З гэтага моманту, каб пазбегнуць гравітацыйнай сілы, патрэбна хуткасць, большая за светлавую. Таму ад прыцягнення гэтага гарызонту «немагчыма» сысці. А што там далей? У рэчаіснасці мы ведаем вельмі мала.
Тое, што ахоплівае гарызонт падзей, называецца сінгулярнасцю, таму што змяшчае ўсю масу ў адным пункце, пры тэарэтычным аб'ёме 0. Але гэта «немагчыма», бо парушае тое, што мы ведаем пра фізіку. У рэчаіснасці тое, што ляжыць за гарызонтам падзей, з'яўляецца толькі плёнам здагадак. Мы не ведаем, што адбываецца «ўнутры» дзіркі, прыблізна і ў значнай ступені таму, што мы іх дрэнна разумеем.
Ёсць кропка, якая называецца гарызонтам падзей. З гэтага моманту, каб пазбегнуць гравітацыйнай сілы, патрэбна хуткасць, большая за светлавую. Таму ад прыцягнення гэтага гарызонту «немагчыма» сысці.
Як зрабіць чорную дзірку?
Наша Сонца, напрыклад, з'яўляецца адносна сярэдняй зоркай або маленькай, у залежнасці ад таго, як вы на яе глядзіце, і мае амаль два да 30 кілаграмаў масы. Гэта неймаверная сума. Як вядома, чым больш маса, тым больш гравітацыі яна стварае. Такім чынам, наша цэнтральная зорка аказвае гравітацыйную сілу, здольную трымаць усю Сонечную сістэму круціцца вакол яе. Хіба гэтай сілы недастаткова, каб прыцягнуць усю масу самога сонца? Чаму ён не разбураецца ў сабе, калі ён такі вялікі? Гіганцкія рэакцыі, якія адбываюцца ўнутры яго, у выніку ядзернага сінтэзу зорак, ствараюць тытанічныя сілы, якія не даюць Сонцу «патануць» у сабе. Але калі б не было такіх сіл, што было б?
Так адбываецца ў канцы жыцця многіх зорак. Зоркі могуць паміраць рознымі спосабамі. Некаторыя з іх надзвычай жорсткія, выбуховыя і спараджаюць жахлівыя звышновыя. Іншыя проста паступова знікаюць. У некаторых з гэтых выпадкаў, асабліва калі зорка была вельмі вялікай, матэрыял, які застаўся, можа падаць пад дзеяннем яе гравітацыі, становячыся ўсё шчыльней і шчыльней, займаючы меншы аб'ём. У гэтых выпадках з рэшткамі звышновай, якая выбухнула, або з зоркай, якая дастаткова астыла, матэрыял становіцца занадта халодным, і тэрмаядзерны сінтэз, які дзейнічае на зорку вонкі, не адбываецца. Такім чынам, з кожным разам гравітацыя становіцца ўсё большай і большай, а «дзірка» становіцца ўсё меншай і меншай. У нейкі момант з'яўляецца чорная дзірка.
Яны чорныя, але не зусім
Назва чорнай дзіркі цалкам зразумелая: цёмная кропка, якая не прапускае святло. Аднак разгляд квантавых эфектаў на гарызонце падзей дзіркі прывёў выбітнага Стывена Хокінга да адкрыцця фізічнага працэсу, з дапамогай якога дзірка можа выпраменьваць радыяцыю. Згодна з прынцыпам нявызначанасці квантавай механікі, існуе верагоднасць таго, што ў гарызонце падзей утвараюцца пары часціца-антычасціца кароткай працягласці. Тады адна з часціц незваротна ўпадзе ў дзірку, а другая выйдзе. Гэты працэс утвараецца строга па-за межамі чорнай дзіркі, таму не супярэчыць таму, што ні адна матэрыяльная часціца не можа пакінуць нутро. Аднак існуе чысты эфект перадачы энергіі чорнай дзіркі вакол яго. Гэта з'ява вядома як выпраменьванне Хокінга, і яго вытворчасць не парушае ніякіх фізічных прынцыпаў.
Дзякуючы тэхнічнаму прагрэсу ў апошнія гады, мы нарэшце змаглі ўбачыць дзірку ў суседняй галактыцы M87 на ўласныя вочы, дасягнуўшы адной з самых уражлівых навуковых вех нашага часу. З іншага боку, у 2008 годзе Алан Маршэр апублікаваў артыкул, у якім апісваў, як калімаваныя бруі плазмы ствараюцца каля чорных дзірак, якія пачынаюцца з магнітных палёў, размешчаных паблізу іх краю. Зноў жа, строга кажучы, гэта не адбываецца «ўнутры чорнай дзіркі», такім чынам, гэта адпавядае канцэпцыі, якую мы пазначылі з самага пачатку.
Гэта таксама дазваляе яшчэ адно пытанне: назіраць і выяўляць гэты тып з'яў. Паглынаючы ўсё гэта, як і варта было чакаць, практычна немагчыма «ўбачыць» чорныя дзіркі. Да нядаўняга часу мы ведалі, што такім чынам яны з'яўляюцца ўскоснымі выяўленнямі. Дзякуючы тэхнічнаму прагрэсу ў апошнія гады, мы нарэшце змаглі ўбачыць дзірку ў суседняй галактыцы M87 на ўласныя вочы, дасягнуўшы адной з самых уражлівых навуковых вех нашага часу.
