Чорні діри

Історія чорних дір починається з 1795 року, коли П'єр Сімон Лаплас зробив пророцтво: "Світна зірка із щільністю, рівною щільності Землі, і діаметром в 250 разів більшим діаметра Сонця не дає жодному променю досягти нас через своє тяжіння, тому можливо, що самі яскраві небесні тіла у Всесвіті виявляються із цієї причини невидимими".

Рисунок – Чорна дірка

Сама назва "чорна діра" з'явилася в 1968 році. Її в популярній статті ввів Уіллер, і вона миттєво прижилася, замінивши собою попередні терміни "коллапсар" або "застигла зірка".

Чорною дірою називається область простору - часу, у якій гравітаційне поле настільки сильне, що жоден об'єкт (навіть світло) не може вирватися з нього.

З області простору - часу чорної діри неможливе ніяке сполучення із зовнішнього стосовно неї Всесвіту. У чорної діри немає поверхні як такої, але є границя, що називається обрієм подій. Розміри обрію подій для необертової незарядженої чорної діри визначаються формулою для гравітаційного радіуса. Ми не маємо ніяких спостережних даних про внутрішню структуру чорних дір, тому що ніяке сполучення зсередини надійти до нас не може. Ми не знаємо, що відбудеться з тілом, після того як воно перетне обрій подій, крім того, що тіло буде продовжувати падати й падати.

Як і всяке масивне тіло, чорна діра відхиляє світлові промені, що проходять поблизу неї. Але, маючи дуже сильне гравітаційне поле, чорна діра й промені відхиляє надзвичайно сильно. Тому, якщо близько від нас на промені зору виявилася б чорна діра, то вся картина, що відкривається перед нами, спотворилася б. Всі "стандартні" рівняння сучасної фізики, перестають діяти поблизу центру чорної діри, під обрієм подій. З іншого боку, чорні діри є надзвичайно простими.

Чорна діра описується всього трьома параметрами: масою M (шварцшильдівська чорна діра), моментом імпульсу J (керрівська чорна діра) електричним зарядом Q (чорна діра Керра - Ньюмана). Знання цих характеристик дає нам повну інформацію про чорну діру.

Можливість існування чорних дір випливає з теорії — для кожного тіла з масою М існує таке граничне значення радіуса Кд, так званого гравітаційного радіуса,

де с - швидкість світла, за якого гравітаційне поле на поверхні стає таким великим, що друга космічна швидкість дорівнює швидкості світла. Це означає, що навіть електромагнітні хвилі не здатні покинути таке тіло, і воно стає невидимим для спостерігача, перетворюючись на чорну ДІРУ.

При виведенні цієї формули скористаємось міркуваннями про другу космічну швидкість, коли одне тіло покидає поверхню іншого тіла. Для цього порівняємо кінетичну енергію Ек тіла М, кинутого вгору з початковою швидкістю и, а саме:

Отримуємо

Незважаючи на величезну кількість чорних дір, виявити одиночну чорну діру практично неможливо. Тому одним із кращих місць для пошуку чорних дір є подвійні зірки.

В 1964 році Я. Зельдович й Е. Солпітер пророкували потужне рентгенівське енерговиділення від чорних дір у тісній подвійній системі. Такі спостережні дані в цей час отримані. Іншим місцем, у якому астрофізики впритул наблизилися до відкриття чорних дір, є центри галактик. Маси центральних об'єктів, обчислені за рухом зірок навколо них, перевищують 106-109 М.

Найбільш імовірні приклади галактик із чорними дірами в ядрі: M 87, NGC 3115, NGC 4486, NGC 4594 ("Сомбреро"), NGC 3377, NGC 3379, NGC 4258, M 31 (Туманність Андромеди), M 32.

Більшість астрофізиків на сьогодні вважають, що чорні діри уже реально відкриті.

Нобелівська премія за відкриття чорних дір усе ще не вручена.