Чудовища доктора Эйнштейна. О чёрных дырах, больших и малых

Давайте попробуем побороть страх, который вызывают черные дыры. Это не космические пылесосы, втягивающие в себя все, что их окружает. У них действительно есть сфера гравитационного влияния, как у любого тела, имеющего массу, но, если бы Солнце внезапно уплотнилось в черную дыру, гравитация на расстоянии Земли не изменилась бы, и ничем не потревоженная Земля продолжила бы движение по своей орбите (хотя восемь минут спустя людей чрезвычайно потревожила бы утрата солнечного света и энергии). Во-вторых, нам не грозит опасность повстречаться с черной дырой. Лишь малая доля звезд умирает как черные дыры, и в окрестностях Солнца нет черных дыр[199].

Ближайшая черная дыра звездной массы – V616 Mon. Она примерно в десять раз больше Солнца по массе и находится в 3000 световых лет. Следующая по удаленности – эталонная черная дыра Лебедь Х-1: 15 солнечных масс, дистанция 6100 световых лет. Однако еще много десятилетий у нас не будет технологий, чтобы посетить черную дыру – даже с помощью миниатюрных космических зондов, поэтому любой разговор о падающих в нее людях остается гипотетическим. Ближайшая массивная черная дыра – в 4 млн солнечных масс – находится в центре Млечного Пути на расстоянии 27 000 световых лет. Ближайшая сверхмассивная черная дыра расположена в центре гигантской эллиптической галактики М87 в 60 млн световых лет, в скоплении Девы. Это чудище «тянет» на целых 5 млрд масс Солнца.

Однако массивные черные дыры – вовсе не монстры. Формула радиуса Шварцшильда, определяющего горизонт событий, – R_s = GM/c², поэтому размер горизонта событий пропорционален массе. Он составляет 300 млн км, или двойное расстояние от Земли до Солнца, у черной дыры квазара – в 100 млн раз более массивной, чем Солнце. Поскольку с увеличением массы линейно растет размер, плотность в пределах горизонта событий падает пропорционально квадрату массы. Черная дыра звездной массы в три раза массивнее Солнца имеет плотность в 10 000 трлн раз выше, чем вода, тогда как черная дыра в центре галактики всего в 1000 раз плотнее воды. Черная дыра квазара в 100 млн солнечных масс имеет плотность всего 10 % плотности воды, а плотность самых больших черных дыр – еще в 10 000 раз меньше. Как же страшна черная дыра с меньшей плотностью, чем воздух, которым мы дышим!

Задумайтесь об этом. Если взять пространство размером с Солнечную систему и наполнить его воздухом, получилась бы черная дыра. А если бы вы создали достаточно большой океан, черная дыра всплывала бы в нем, как пузырь.

Пересечение горизонта событий массивной черной дыры, возможно, намного менее опасно, чем проникновение в черную дыру звездной массы. Как минимум спагеттификация гораздо менее вероятна. Ускорение вследствие силы растяжения быстро падает с увеличением массы компактного объекта. На горизонте событий черной дыры в 100 млн солнечных масс оно на порядки меньше ускорения вследствие земного тяготения. Бесстрашный путешественник пересек бы горизонт событий, ничего не почувствовав.

И здесь начинается самое отчаянное приключение космического путешественника из далекого будущего. Найдите черную дыру – подойдет любая, если она более чем в 1000 раз массивнее Солнца. Соберите друзей и родных в космическом корабле и держите их на безопасном расстоянии. Они будут знать, что видят вас в последний раз, поскольку выбраться из черной дыры невозможно. Затем отправьте свой корабль по курсу свободного падения на горизонт событий. Приближаясь к горизонту событий, помашите им как ни в чем не бывало. Друзья увидят, как растягивается и деформируется ваше изображение. Оно еще и покраснеет, поскольку фотонам придется преодолеть мощную гравитацию черной дыры. Вы же не увидите и не почувствуете ничего необычного, проходя через горизонт событий и направляясь к своей интригующей, но неведомой судьбе. Близкие же наблюдают прощальную сцену: незавершенный взмах рукой – и ваш образ растворяется в красном и застывает в вечности.

•••

Давайте подытожим, что мы узнали.

Хотя некоторые ученые прошлого предвидели существование черных дыр, для научного предсказания потребовалась совершенно новая теория гравитации. Их свойства настолько необычны, что даже автор теории Альберт Эйнштейн не верил в существование подобных чудовищ. Физики загорелись идеей черных дыр и с двойным рвением бросились приводить в соответствие теории гравитации и квантового мира.

Далее все зависело от наблюдателей. Реально не всё, что мы можем вообразить, разработать в теории и рассчитать. Черные дыры формируются, когда умирает массивная звезда, но они неразличимы для глаза, и их можно увидеть только тогда, когда они вращаются вокруг видимой звезды. После нескольких десятилетий кропотливой работы ученые нашли несколько десятков двойных систем, в которых темный партнер настолько массивен, что может быть только черной дырой. Наблюдения оказались убедительными. Теоретики, оспаривавшие существование черных дыр, были посрамлены.