99 секретов астрономии - Наталья Сердцева

Галактические нити и великие стены — самые крупные космические структуры. Они образованы из множества галактик, их размеры поражают воображение. Но еще более поразительные образования находятся между ними — это войды, или галактические пустоты. По приблизительным подсчетам, они занимают половину пространства Вселенной. Но все же войд — это не вакуум, в пустоте содержится темная материя и протогалактические облака (вещество, из которого могут быть созданы галактики). Войды могут простираться на невообразимо огромные расстояния, до 3,5 миллиарда световых лет.

Откуда берутся черные дыры? На этот счет у астрофизиков есть несколько теорий. Самая популярная: черная дыра появляется на месте массивной звезды, в которой закончился весь водород — топливо для термоядерных реакций. Под действием силы гравитации звезда начинает стремительно сжиматься. После этого она может взорваться как сверхновая. Но если масса звезды велика (как минимум в три раза больше массы Солнца), то процесс сжатия продолжается. Звезда как будто обрушивается внутрь самой себя, а на ее месте появляется черная дыра. То, что было мощным источником энергии, превращается в еще более мощного ее поглотителя.

Сверхмассивные черные дыры образуются из больших газовых облаков, которые входят в состояние коллапса, подобно сверхновой звезде. Ученые предполагают, что существуют еще и первичные черные дыры, которые сформировались на заре существования Вселенной.

Черная дыра может засасывать в себя все что угодно: астероиды, звезды, даже целые звездные системы. Чтобы выбраться из черной дыры, объект должен иметь такую энергию, какой у него быть не может. Подобная энергия называется скоростью убегания. Это скорость, которая нужна для того, чтобы покинуть какой-либо космический объект.

Например, чтобы покинуть Землю, ракета должна развить вторую космическую скорость, 11 км/с. На Марсе гравитация меньше, поэтому достаточно будет разогнаться до 5 км/с. А чтобы выбраться из черной дыры, нужна скорость, превышающая скорость света, то есть больше 300 000 км/с. Такая скорость в нашей Вселенной невозможна, ее не может развить даже свет.

Гравитация черной дыры настолько огромна, что она действует даже на время: его течение вблизи этого странного объекта замедляется.

В черных дырах происходят очень странные изменения времени и пространства — обе эти величины, которые кажутся нам стабильными и незыблемыми, искривляются. Например, прямая линия, по которой в нормальных условиях движется свет, в районе черной дыры становится кривой. Значит, пространство меняет свою структуру.

Чтобы проиллюстрировать искривление времени, можно представить гипотетический опыт. В черную дыру опускается космический аппарат, на поверхности которого находятся часы. За ним наблюдают с Земли в телескоп. Чем ближе будет аппарат к черной дыре, тем сильнее будет замедляться время на часах. А если внутри аппарата окажется космонавт, то на его часах время будет идти в обычном режиме, и он не заметит никакого искривления. То есть с точки зрения наблюдателя и с точки зрения участника событий время будет идти по-разному. Этот эффект называется гравитационным замедлением времени.

С расстоянием тоже произойдут интересные вещи. Если на падающее в черную дыру тело будет смотреть наблюдатель, то ему покажется, что тело постепенно замедляется и в итоге практически останавливается у горизонта. А на самом деле оно уже упало вниз.

При этом цвет падающего объекта будет становиться все более красным — потому что мощная гравитация черной дыры смещает свет в красную сторону спектра. В конце концов цвет достигнет инфракрасного диапазона, который человеческий глаз не воспринимает, и тело просто исчезнет для наблюдателя. Если же в черную дыру падает космический корабль, а внутри него находится космонавт, выглядывающий в иллюминатор, то для него все окружающее будет окрашено в фиолетовые цвета спектра.

Черная дыра — это область с таким сильным притяжением, что ее не может покинуть ничто, даже свет. Поэтому увидеть саму черную дыру невозможно, о ее существовании ученые догадываются по поведению расположенных поблизости космических объектов: вокруг черных дыр вращается горячий газ, звезды, притягиваемые гравитацией, движутся быстрее.

Чаще всего о существовании черной дыры астрономы догадываются, обнаружив аккреционный диск — плоское облако газообразного вещества. Чем ближе газ к черной дыре, тем горячее и плотнее он становится и тем больше рентгеновских лучей испускает. Их и обнаруживают специальные телескопы. Если же поблизости от черной дыры не оказалось газа, то обнаружить ее можно лишь в то время, когда она будет проходить мимо галактики или отдельной звезды и они изменят траекторию движения.

Если разобрать черную дыру «на кирпичики», то можно обнаружить три составляющие, которые в нее входят. Прежде всего, горизонт событий — так называется граница черной дыры. Вторая составляющая, суть черной дыры, находящаяся в самой ее сердцевине, — сингулярность. Здесь пространственно-временной континуум настолько искривлен, что превращается в бесконечность. И, наконец, вещество, попадающее в черную дыру и подвергающееся действию сингулярности.

Тело, попавшее за горизонт событий, падает в центр дыры и уже никогда не сможет выбраться наружу. Размер горизонта зависит от массы черной дыры. Например, звезда, масса которой была в три раза больше массы Солнца, превратившись в черную дыру, будет иметь горизонт событий диаметром 18 км. Это самая маленькая черная дыра. В центре нашей галактики находится черная дыра диаметром 6 миллионов километров. Она могла образоваться из звезды или нескольких звезд массой в миллион Солнц. Если бы можно было сделать черную дыру из нашей Земли (а это невозможно, потому что она является планетой и весит слишком мало), то ее горизонт составил бы 2 см в диаметре.