Одни из самых интересных и загадочных объектов во Вселенной — черные дыры. Ученые установили, что черные дыры должны возникать в результате очень сильного сжатия какой-либо массы, при котором поле тяготения возрастает настолько сильно, что не выпускает ни свет, ни какое-либо другое излучение, сигналы или тела.
Для возникновения черной дыры необходимо, чтобы масса сжалась до таких размеров, при которых вторая космическая скорость становится равной скорости света. Этот размер носит название гравитационного радиуса (см. Гравитация) и зависит от массы тела. Величина его очень мала даже для масс небесных тел. Так, для Земли гравитационный радиус приблизительно равен 1 см, для Солнца 3 км.
Для того чтобы преодолеть тяготение и вырваться из черной дыры, потребовалась бы вторая космическая скорость, большая световой. Согласно теории относительности, никакое тело не может развить скорость, большую чем скорость света. Вот почему из черной дыры ничто не может вылететь, не может поступать наружу никакая информация. После того как любые тела, любое вещество или излучение упадут под действием тяготения в черную дыру, наблюдатель никогда не узнает, что произошло с ними в дальнейшем. Вблизи черных дыр, как утверждают ученые, должны резко изменяться свойства пространства и времени.
Если черная дыра возникает в результате сжатия вращающегося тела, то вблизи ее границы все тела вовлекаются во вращательное движение вокруг нее.
Ученые считают, что черные дыры могут возникать в конце эволюции достаточно массивных звезд. После исчерпания запасов ядерного горючего звезда теряет устойчивость и под действием собственной гравитации начинает быстро сжиматься. Происходит так называемый гравитационный коллапс. В это время возможны различные катастрофические явления.
Они приводят к сбросу части внешних оболочек звезды. Но центральное ядро, если оно достаточно массивно, может сжаться до размеров гравитационного радиуса и превратиться в черную дыру.
Поиски черных дыр во Вселенной проводятся по их сильному полю тяготения, по тем эффектам, которые возникают при падении в этом поле окружающего вещества.
Наиболее сильно эффекты проявляются тогда, когда черная дыра входит в состав двойной звездной системы (см. Рентгеновская астрономия), в которой одна звезда — яркий гигант, а второй компонент — черная дыра. В этом случае газ из оболочки звезды-гиганта течет к черной дыре, закручивается вокруг на, образуя диск. Слои газа в диске трутся друг о друга, по спиральным орбитам медленно приближаются к черной дыре и в конце концов падают в нее. Но еще до этого падения у границы черной дыры газ разогревается трением до температуры в миллионы градусов и излучает в рентгеновском диапазоне (см. Электромагнитное излучение небесных тел). По этому рентгеновскому излучению астрономы пытаются обнаружить черные дыры в двойных звездных системах.
Весьма вероятно, что рентгеновский источник в созвездии Лебедя — Лебедь-Х-1 является такой черной дырой.
Возможно, что очень массивные черные дыры возникают в центрах компактных звездных скоплений (см. Звездные скопления и ассоциации), в центрах галактик и квазарах.
Не исключено также, что черные дыры могли возникать в далеком прошлом, в самом начале расширения Вселенной. В этом случае возможно образование и очень маленьких черных дыр с массой гораздо меньшей, чем масса небесных тел.
Этот вывод особенно интересен потому, что вблизи таких маленьких черных дыр поле тяготения может вызывать специфические квантовые процессы «рождения» частиц из вакуума. С помощью потока этих рождающихся частиц можно обнаружить маленькие черные дыры во Вселенной.
Квантовые процессы рождения частиц приводят к медленному уменьшению массы черных дыр, к их «испарению».
Существование черных дыр предсказано теоретически, но пока они с полной достоверностью не обнаружены. Поиски их во Вселенной продолжаются.
