Як помирають чорні діри?

Розглядаємо, як з’являються чорні діри, як відбувається їхня еволюція, від чого залежить тривалість їхнього існування та як помирають чорні діри.

Найбільш таємничими об’єктами у Всесвіті по праву можна назвати чорні діри – області простору-часу гравітація яких настільки сильна, що ніщо, навіть світло, не може їх покинути. Цікаво, що на просторах нескінченної Всесвіту існують чорні діри, маса яких перевищує масу Сонця в п’ять-сто раз, але є і такі, чия маса перевищує мільярд сонячних. Сьогодні астрономи вважають, що надмасивні чорні діри ховаються в серці більшості галактик, відзначаючи при цьому, що Всесвіт перебуває в так званій «зоряній ері» – етапі еволюції Всесвіту, під час якого зірки і галактики народжуються безперервно. Але що лежить за кордоном зоряної ери? Дослідники вважають, що в кінцевому підсумку всі інгредієнти для створення чорних дір будуть вичерпані, а зірки в нічному небі повільно згаснуть, перетворивши тим самим чорні діри в єдиних мешканців Всесвіту. Але навіть ці космічні монстри не можуть існувати вічно. Коли-небудь і вони загинуть, опромінивши, на прощання, пусте і неживе простір феєрверком.

Як з’являються чорні діри?

Своє існування чорні діри починають зі смерті: коли в ядрах деяких масивних зірок закінчується паливо, вони переходять на наступний щабель своєї еволюції і вибухають. Під час потужного вибуху яскравість наднових зірок (саме так їх називають вчені) різко збільшується, а потім повільно згасає. Вибух також є причиною викиду в міжзоряний простір значної маси речовини із зовнішньої оболонки зірки, а також величезної кількості енергії.

Та частина речовини, що її викинуло в міжзоряне середовище, як правило, перетворюється або в компактний об’єкт – нейтронну зірку (якщо маса зірки до вибуху становила понад 8 сонячних мас), або в чорну діру – область простору-часу, в якій всім керує її величність гравітація (якщо маса залишилося після вибуху ядра перевищує сонячну в п’ять разів).

Як відзначають астрономи, подібний зв’язок між народженням чорної діри і смертю зірки, яка її утворила, досить поширене явище у Всесвіті. Особливо близькі чорні діри з іншими зірками в тих її куточках, де зореутворення відбувається з високою швидкістю. Нагадаємо також, що зореутворення є великомасштабним процесом, в ході якого з міжзоряного газу в галактиці починають масово формуватися зірки.

Еволюція чорних дір

Отже, після народження чорної діри в результаті загибелі масивної зірки, її головним заняттям стає поглинання будь-яких об’єктів, що опинилися поблизу. У деяких випадках цілком зайнятий матеріал (газ і зірки) оточує цих космічних монстрів, рухаючись все швидше і накопичуючись навколо. Так як тертя між пилом генерує тепло, аккреційний диск чорної діри починає світитися, окреслюючи її тінь або горизонт подій. Саме його в 2019 році вдалося сфотографувати вченим.

Але крім того, що горизонт подій оточує чорну діру, він також є ключем до її загибелі. Все тому, що будь-який поглинений чорною дірою матеріал пропадає назавжди, принаймні, це випливає з нашого розуміння гравітації. Однак ця так звана точка неповернення не враховує квантову механіку.

У 1974 році видатний британський фізик-теоретик Стівен Гокінг довів, що з точки зору квантової механіки втеча з чорної діри можлива, хоча і дуже, дуже повільна. Те, як довго проживе окрема чорна діра, залежить від її маси. Чим більшою стає чорна діра, тим довше вона випаровується.

Дослідники порівнюють цей процес із пісочним годинником, де пісок нагорі – це кількість часу, що залишився у чорної діри. Поглинаючи все більше зірок і газу, ненажерливий космічний монстр продовжує додавати піщинки в «цокаючий» пісочний годинник, навіть коли окремі частки просочуються назовні. Але в міру старіння Всесвіту матеріал навколо чорної діри вичерпається, знаменуючи її неминучу погибель.