Читать книгу "Астрономия на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям - Александр Никонов"

Каковы размеры черной дыры?

Надо сказать, что понятие размера или диаметра для черной дыры достаточно условно, ведь она стремится схлопнуться в ноль, в точку (правда, как мы уже знаем, внешний наблюдатель этого никогда не дождется). Поэтому применительно к черным дырам используют два синонимичных понятия – «сфера Шварцшильда» и чуть более поэтичное «горизонт событий». Вот они и считаются размерами черной дыры.

Сфера Шварцшильда, названная по имени немецкого астронома, – это воображаемая сфера, окружающая коллапсирующую звезду, при попадании вовнутрь которой ничто, даже квант света, уже не может вырваться обратно, удерживаемый колоссальным тяготением. Так сказать, точка невозврата или, вернее, сфера невозврата, поскольку окружает черную дыру со всех сторон.

Применительно к черной дыре сферу Шварцшильда по-другому называют еще горизонтом событий. Потому что никакое событие внутри черной дыры (то есть за сферой Шварцшильда) принципиально не может оказать влияния на наш мир, так как всякое влияние, включая информационное, передается при помощи материи (вещества или излучения). И если даже свет не может вырваться к нам из-за сферы Шварцшильда, чтобы донести какую-нибудь информацию, значит, мы ничего не можем узнать о том, что происходит за горизонтом событий, и все происходящее там никак не может повлиять на события в нашем мире. Отсюда и название такое – горизонт событий. То, что находится за горизонтом событий, просто выключено из нашего мира.

А почему тогда два названия – «сфера Шварцшильда» и «горизонт событий»? Просто «горизонт событий» понятие чуть более широкое, нежели «сфера Шварцшильда», и обозначает оно в теоретической физике такую область пространства-времени, откуда до нас не могут дойти никакие сигналы. Для черных дыр горизонтом событий является сфера Шварцшильда, вот и все.

Мы уже усвоили, что черными дырами становятся звезды тяжелее Солнца более чем в 30 раз. Ничто не может остановить их гравитационного схлопывания. А у звезд полегче для такого трюка просто не хватает собственной массы. Но если бы можно было каким-то чудом сжать наше Солнце так, чтобы оно превратилось в черную дыру, то это случилось бы, когда его диаметр стал бы равен всего 6 (шести) километрам. Напомню, сейчас, до воздействия чудо-пресса, естественный диаметр нашего светила составляет почти полтора миллиона километров. Вот насколько нужно уплотнить вещество, чтобы дальше оно уже само начало обваливаться внутрь себя, уходя в полное небытие.

То есть диаметры черных дыр, оставшихся после взрыва массивных звезд, довольно компактны!

Кстати говоря, радиус в который нужно упихать-уплотнить объект, чтобы он стал черной дырой, называется гравитационным радиусом. Для Земли гравитационный радиус составляет порядка 1 сантиметра. Ясно, что своего тяготения у нашей крошки не хватит, чтобы так сжаться: слишком уж легонькая она у нас.

Мы в этой книге говорим о вещах, которые трудно или попросту невозможно себе представить: об объектах невообразимо маленького размера – протонах, электронах, нейтронах, – и об объектах и расстояниях столь же невообразимо огромных – галактиках, мегапарсеках, гиперновых вспышках.

Но все познается в сравнении. Поэтому данный раздел будет специально посвящен сравнениям, дабы величие и удивительность Вселенной предстали перед вашим внутренним взором во всем своем великолепии.

В нашей Солнечной системе самой большой планетой является Юпитер. Если диаметр Земли почти 13 тысяч километров, то диаметр Юпитера – 143 тысячи км. Две трети всей планетарной массы в Солнечной системе – это Юпитер. В нем могло бы поместиться 1300 таких планет, как Земля.

Диаметр Солнца составляет почти 1 400 000 км. Внутри Солнца могут поместиться миллионы таких планет, как Земля. Настоящий гигант! 99,8 % массы Солнечной системы сосредоточены в Солнце. А из 0,2 % оставшегося материала сделались планеты (причем 70 % планетарной массы, как мы уже знаем, пришлось на Юпитер).

Температура солнечной поверхности составляет примерно 6000 градусов по Цельсию, а внутри Солнца, где идут термоядерные реакции, температура достигает 20 миллионов градусов. Каждую секунду Солнце теряет 4 миллиона тонн своей массы, они улетают в виде излучения. Это и есть дефект массы от ежесекундного превращения 700 миллионов тонн водорода в 696 тонн гелия.

Но мы помним, что Солнце относится к классу желтых карликов, что более чем прозрачно намекает на весьма скромные габариты нашей звездули. Бывают звезды в 10, 20, 30 раз тяжелее Солнца. Да, они все плохо кончают, как мы теперь знаем, но ведь и Солнышко наше не бессмертно, просто пыхнет оно не так эффектно в конце своего жизненного пути. Однако, с точки зрения пополнения звездного зоопарка, любопытно было бы поискать во Вселенной самых больших «зверей».

Для начала давайте посмотрим четыре рисунка ниже. Там сравнительные величины разных звезд. Художнику пришлось сделать несколько рисунков в разных масштабах, в противном случае невозможно было бы нарисовать на странице или самый большой или самый маленький объект.

Сравнительные размеры некоторых звезд. Обратите внимание, на каждом следующем рисунке самым маленьким кружком указана та звезда, которая на прежнем рисунке была самой большой. Иначе вы бы просто не разглядели Солнца и тем более красного карлика Волк-359 уже на втором рисунке.

Раньше астрономы полагали, что звезд тяжелее Солнца более чем в 150 раз быть не может. Однако не так уж давно в галактике Большое Магелланово облако была найдена звезда, масса которой превышает солнечную в 265 раз! Своего названия у звезды нет, только некрасивый номер – R136a1. Причем по тому, как интенсивно звезда теряет массу, ученые установили, что при рождении она была аж в 320 раз тяжелее Солнца. Скорее всего такие гиганты получаются при слиянии нескольких близко расположенных звезд.

Яркость этого монстра почти в 9 миллионов раз превышает яркость Солнца. Если бы у нас стояла задача запустить вокруг этого чудовища Землю так, чтобы на ней была возможна жизнь, то орбита Земли была бы в 3000 раз дальше от R136a1, чем от Солнца. Но лучше бы вам этого не делать и поискать звезды поскромнее и поспокойнее, потому что R136a1 – будущая гиперновая и может лопнуть практически в любой момент. Просто счастье, что этот перегретый паровоз находится не в нашей галактике!

Однако во Вселенной существуют и другие гигантские светящиеся объекты. Они настолько огромны и так ярки, что их даже звездами не называют. Они были открыты в середине прошлого века и названы квазарами.

Квазар сияет как целая галактика, то есть он один выделяет энергии как сотни миллиардов звезд! При этом размерами не превышает нашу Солнечную систему. То есть штука, конечно, достаточной крупная, больше любых, самых крупных звезд, но все же достаточно компактная – по сравнению с размерами целой галактики, квазар просто крошка, песчинка, пылинка! И вот такая «пылинка» светит мощнее целой галактики, а то и нескольких, например, квазар S50014+81 излучает свет в 60 000 раз мощнее, чем весь Млечный Путь! Невероятно! Но факт…