Чорні діри — масивні космічні явища — настільки великі, що навіть світло не може їх залишити. Більшість людей вважають, що чорні діри роблять лише те, що сидять і пожирають блукаючі шматки газу чи пилу.
Але чи можуть чорні діри насправді мати цікавіше внутрішнє життя? Чи можуть вони, наприклад, вибухнути? Якщо під вибухом мається на увазі «раптовий, короткостроковий викид величезної кількості енергії», то відповідь однозначна – так. І найцікавіше – це те, що вони можуть вибухнути навіть кількома цікавими способами.
Є один спосіб, за допомогою якого чорні діри можуть вибухнути. Цей процес пояснюється тим, що чорні діри не зовсім чорні, що було виявлено знаменитим астрофізиком Стівеном Гокінгом у 1976 році.
«У класичній фізиці з діри нічого не може вийти», – сказав Самір Матур, фізик з Університету штату Огайо, в електронному листі Live Science. «Але Гокінг виявив, що за допомогою квантової механіки діра повільно забирає свою енергію в нескінченність, випромінюючи низькоенергетичне випромінювання, це називається випромінюванням Гокінга».
Поки чорна діра не всмоктує новий матеріал, вона повільно втрачатиме масу, оскільки випромінює випромінювання Гокінга, однак воно повільне. Звичайна чорна діра з масою в кілька разів більша за сонячну випромінює приблизно один фотон, або пакет світла, щороку. За таких темпів типовій чорній дірі потрібно 10^100 років, щоб повністю випаруватися.
Але Гокінг зрозумів, що чорні діри меншого розміру випаровуються набагато швидше. У міру того, як чорна діра стає все менше і менше, вона випромінює все більше і більше випромінювання. В останні миті свого життя чорна діра випромінює так багато випромінювання, і так швидко, що вона діє як бомба, випускаючи потік високоенергетичного випромінювання та частинок.
Якби маленькі чорні діри (розміром із Землю) утворилися в надзвичайно ранньому Всесвіті, їм знадобилося б кілька мільярдів років, щоб випаруватися, а це означає, що ці «первісні» чорні діри, якщо вони існують, вибухають по всьому Всесвіту прямо зараз. На сьогодні астрономи не знайшли жодних доказів первинних вибухаючих чорних дір, але вони можуть бути десь поруч.
Чорні діри вибухають іншим типом вибуху, який не зустрічається більше ніде у Всесвіті завдяки своєму обертанню. Чорні діри, що обертаються – їх також називають чорними дірами Керра на честь новозеландського математика Роя Керра, який першим зрозумів, як вони працюють, – створюють ергосферу навколо своїх горизонтів подій. Ергосфера – це витягнута область простору, де нічого може залишатися нерухомим. Все, що падає на обертову чорну діру, починає обертатися навколо неї, коли частка входить в ергосферу.
Проміжок-час навколо чорної діри, що обертається, також може притягувати фотони. Якщо фотонів досить багато, вони можуть відскакувати один від одного або будь-яких блукаючих частинок. Іноді відскок призводить до того, що фотони залишають ергосферу. Але в інших випадках відскок змушує фотони падати глибше до чорної діри, де вони набувають енергії. Потім вони можуть знову розвіятись на вищу орбіту, а потім знову впасти вниз.
З кожним повторенням цього процесу та з кожною подорожжю навколо чорної діри фотон набирає енергії. Цей процес називається «надвипромінювання». Якщо фотон нарешті вирветься на волю, він матиме величезну кількість енергії в порівнянні з тим, коли він тільки почав свою подорож.
Якщо в цьому процесі бере участь достатня кількість фотонів, вони можуть вирватися відразу з неймовірною енергією, перетворившись на так звану «бомбу чорної діри». Навіть якщо сама чорна діра не вибухає, цей ефект надвипромінювання ще раз показує, наскільки потужно чорні діри можуть впливати на довкілля.
Найпоширеніший спосіб, яким чорні діри викликають вибухи, – це не їхнє самознищення, а міць їхньої непереборної гравітаційної сили. Надмасивні чорні діри знаходяться в центрах галактик, і іноді великі згустки матерії, такі як зірки, проходять надто близько. Коли це відбувається, зірку розриває на шматки через приливні ефекти, і в результаті цього розриву відбувається вибуховий викид енергії. Астрономи на Землі можуть спостерігати цей викид енергії у вигляді короткого, але інтенсивного спалаху рентгенівського та гамма-випромінювання.
Крім подрібнення зірок, ці гігантські чорні діри часто збирають рої матерії, які постійно кружляють навколо них у гігантських акреційних дисках. Акреційні диски досягають температури у квадрильйони градусів, що робить їх найяскравішими об’єктами у Всесвіті – один диск, що світиться, може затьмарити більше мільйона галактик одночасно.
При своїй найбільшій потужності диски створюють електричні та магнітні поля, які залучають частину матеріалу диска навколо чорних дір у вигляді довгих, тонких струменів, що сягають десятків тисяч світлових років. Хоча ці струмені технічно не вважаються вибухами, вони однаково досить інтенсивні.
Ви можете допомогти Україні боротися з російськими окупантами. Найкращий спосіб зробити це – пожертвувати кошти Збройним Силам України через Savelife або через офіційну сторінку НБУ.
Читайте також: