Чёрная дыра — область пространства-времени, из которой ничто, даже свет, не может вырваться. Предсказание общей теории относительности Эйнштейна (1915). Первое решение — Шварцшильд в 1916 из окопа Первой мировой. Первая прямая "фотография" — 2019, M87.
Горизонт событий
Граница чёрной дыры. Размер (для невращающейся):
r_s = 2GM/c²
- Земля: 9 мм (если её сжать)
- Солнце: 3 км
- Стрелец A*: 24 млн км (центр нашей галактики)
- M87: 20 млрд км
Типы
- Звёздные: 5–50 масс Солнца, остатки массивных звёзд
- Промежуточные: 100–100 000 масс Солнца, редкие и плохо изученные
- Сверхмассивные: миллионы – миллиарды масс Солнца, в центрах галактик
- Первичные: возможно, образовались в ранней Вселенной. Не подтверждены
Как образуются
- Звёздные: коллапс ядра массивной звезды в конце жизни
- Сверхмассивные: возможно, слияние множества звёздных, или "прямой коллапс" огромного газового облака в ранней Вселенной
Свойства
- Теорема "у чёрной дыры нет волос": характеризуется тремя параметрами — масса, электрический заряд, угловой момент
- Сингулярность: точка бесконечной плотности в центре. ОТО "ломается" — нужна квантовая гравитация
- Замедление времени у горизонта: для наблюдателя снаружи падающий объект никогда не пересечёт горизонт
Излучение Хокинга (1974)
Стивен Хокинг показал: чёрные дыры излучают. Квантовые флуктуации у горизонта порождают пары частиц, одна падает внутрь, другая улетает. Температура обратно пропорциональна массе.
- Солнечная масса ЧД: температура 6×10⁻⁸ К — невозможно обнаружить
- Микроскопическая ЧД: тысячи градусов, быстро испаряется
- Вся энергия чёрной дыры испарится за огромное время — для звёздной это 10⁶⁴ лет
Информационный парадокс
Куда девается информация о том, что упало в ЧД? Если излучение Хокинга случайно, информация теряется — это нарушает квантовую механику. Проблема не решена. Возможно, информация "закодирована" в излучении тонко.
Как мы обнаруживаем
- По движению соседних звёзд и газа: Стрелец A* — Нобелевская 2020 за десятилетние наблюдения
- По аккреционному диску: падающее вещество нагревается, излучает
- По гравитационным волнам: LIGO, слияния ЧД — Нобелевская 2017
- По прямой визуализации: Event Horizon Telescope, M87 (2019) и Стрелец A* (2022)
Применения для науки
- Тестирование ОТО в сильных полях
- Изучение сверхплотного состояния материи
- Гравитационные волны как новый инструмент астрономии
- Космологические модели образования структур
Будущие миссии
- LISA (2035): космический гравитационно-волновой детектор
- Эволюция EHT: больше радиотелескопов, лучшее разрешение
- Джеймс Вебб: изучает активные ядра галактик
Обсуждение (0)
Войдите, чтобы задать вопрос
Загрузка комментариев…