Чорні діри - це страшно, і одні з найбільш інтригуючих і загадкових предметів у Всесвіті. Але що таке чорна діра? Чорні діри, по суті, є об'єктами в просторі, настільки надзвичайно масивними та щільними, що ніщо не може уникнути їхнього гравітаційного потягу, включаючи світло (саме тому їх називають чорний отвори). Це призводить до цікавих сценаріїв щодо фізики в безпосередній близькості від чорної діри.
Теорія загальної відносності постулює, що все, що має масу, кривить тканину простору і часу, і ця кривизна - це те, що ми знаємо як гравітація. Найпопулярніший (і дуже описовий) приклад, який ілюструє, як це працює, - це гумовий лист. Уявляючи, що у вас великий аркуш еластичної гуми, який витягнуто розумно. Цей аркуш - це двомірне зображення тканини простору (яке має три виміри, але для простоти та простоти ілюстрації ми використаємо два). Якщо ви розмістите на аркуші невеликий мармур, він зробить невеликий відступ у гумі. Уявіть, що мармур - це планета, і якщо у вас є один із тих крутих мармурових скляних смуг, він навіть може нагадувати Юпітера. Прокатуючи невеликий камінчик (який створює свій власний, дуже маленький відступ) мармуром, ви можете помітити камінчики в сторону відступу мармуру. По суті, мармур тягне маленький камінчик до нього через свою гравітацію.
Тепер, якщо ви помістите кулю для боулінгу на аркуш, який набагато масивніший, він робить набагато більший відступ, який, швидше за все, захопив би камінчик під час його прокатки. Куля для боулінгу в цьому прикладі дуже добре представляла б щось на зразок зірки. Чорна діра - це вся маса зірки, але в дуже крихітному просторі, достатньому для відступу гумового аркуша, щоб нічого не котилося відступом чорної діри на певній відстані - незалежно від того, наскільки швидко ви її змусите - може втекти. Площа навколо чорної діри, з якої нічого не може втекти, називається горизонтом подій, а наскільки великою є ця територія, залежить від розміру самої чорної діри.
Зоряна чорна діра утворюється, коли зірка, яка має ядро вище приблизно трьох сонячних мас, наближається до кінця свого життя, і процеси злиття всередині зірки вже не достатньо виштовхуються проти внутрішнього тяжіння, внаслідок чого зірка вибухає . Після того, як речовина всередині зірки стиснеться нижче певного радіуса - названого Радіусом Шварцшильда за математиком, який його сформулював - утворюється чорна діра.
Надмасивні чорні діри - це ті, що утворюються в центрі галактик, і вони можуть коливатися в мільярдах сонячних мас. Наприклад, надмасивна чорна діра в центрі Чумацького Шляху має близько 40000 Сонця, а речовина, яка її оточує - називається «накопичувальним диском», - це колосальні 4 мільярди Сонця. Як утворюються надмасивні чорні діри? Ось відмінна, детальна стаття про надмасивні чорні діри, яка описує деякі конкуруючі теорії щодо їх формування.
Чорні діри бувають різних розмірів залежно від їх маси. Наприклад, якби Сонце стало чорною дірою (воно не буде, однак, оскільки ядро це занадто мало), радіус чорної діри становив би близько 3 км. Якби через якийсь дивний набір обставин Землю ущільнили в простір, менший за радіус Скарцшильда, чорна діра була б приблизно розміром арахісу.
В центрі чорної діри лежить те, що називається сингулярністю, де маса чорної діри стискається до нуля, а здатність загальної відносності описувати те, що відбувається тут, руйнується.
Як ми знаємо, що існують чорні діри, якщо вони не випромінюють світла? Свідченням зоряних чорних дір є спостереження за їх взаємодією у бінарних системах, а надмасивні чорні діри можна спостерігати за допомогою рентгенівських телескопів, а також через силу тяжіння, яке вони чинять на зірки в галактиці.
Щоб дізнатися більше про чорні діри, в Інтернеті є досить багато ресурсів. Для початку Hubblesite має чудову енциклопедію, як і Stardate.org. Ви також можете ознайомитись з рештою нашого розділу про чорні діри в Посібнику з космосу, або прослухати декілька епізодів з астрономічної ролі на цю тему, як, наприклад, Епізоди 18, або запитання щодо "Чорних, чорних дір".
Джерела: NASA: Blackholes, NASA: Зірки, гіперфізика
