Смерть с небес

Может показаться, что это нарушает одно из самых базовых свойств Вселенной: вы не можете создать или уничтожить энергию или материю. Обычно это так и есть. Но эта энергия, возникшая из ничего, может существовать только очень короткое время, пока уходит обратно в ничто, откуда появилась, очень быстро.

Это как брать кредит в банке. В конце концов вам приходится его возвращать. И чем больше вы занимаете, тем лучше побыстрее вам его вернуть.

Если Вселенная решает извергнуть чуточку энергии, ничего страшного, при условии, что она быстро возвращается в ткань пространства. Если это происходит достаточно быстро, все законы природы сохраняются.

Но, если это происходит около горизонта событий черной дыры, ситуация становится щекотливой. Силы тяготения черной дыры могут фрагментировать этот пучок энергии, создавая материю. В большой Вселенной такое происходит постоянно: гамма-лучи — вид энергии (излучение) — могут преобразоваться в материю, если столкнутся друг с другом или будут взаимодействовать с материей. Так как во всем должен сохраняться баланс, создаются две частицы: одна — нормальной материи, например старый добрый электрон, а вторая — антиматерии. Антиматерия — это в точности как материя, но с противоположным зарядом, поэтому антиэлектрон (называемый позитроном) имеет положительный заряд. Это уравновешивает отрицательный заряд электрона, и в космических бухгалтерских книгах сохраняется баланс.

Но, если такое происходит на самой границе горизонта событий, может получиться так, что одна частица провалится, а вторая останется на свободе. Она может улететь, и далекому наблюдателю покажется, будто бы черная дыра испустила частицу. Этот баланс масс (или, что то же самое, энергии) нужно восстановить, и это происходит за счет массы черной дыры. По сути, черная дыра потеряла крошечное количество массы[57].

Можно представить это и по-другому, используя приливную силу. Около горизонта событий черной дыры появляются частицы — хоп! Приливная сила от черной дыры растаскивает две частицы в разные стороны. Одна проваливается, вторая вырывается. Для разделения частиц требуется энергия, которую нужно откуда-то взять. Она берется из самой черной дыры — помните, энергия и масса эквивалентны, поэтому, когда такое происходит, черная дыра теряет крошечный кусочек материи.

Это очень медленный процесс, и он зависит от массы черной дыры. Чем меньше масса черной дыры, тем меньше горизонт событий и тем легче такому процессу произойти (или точно так же, чем меньше масса, тем сильнее приливы вблизи горизонта событий). Так как черная дыра излучает массу и энергию, весь этот процесс выглядит так, как если бы у черной дыры была температура — она теплая и излучает энергию, чтобы остыть. Чем меньше черная дыра, тем выше температура, так как она быстрее теряет массу и энергию. Это, в свою очередь, означает, что массивные черные дыры проживут дольше, чем дыры меньших размеров, так как они излучают свою массу медленней. Черная дыра звездной массы будет иметь температуру всего примерно 60 миллиардных долей градуса!

Но черные дыры меньших размеров, быстрее испускающие частицы, будут «горячее». Температура теряющей массу дыры растет, и это означает, что она излучает материю еще быстрее… это неуправляемый, постоянно разгоняющийся процесс. Как только дыра приблизится к определенной массе, примерно 1000 т, она испускает всю остающуюся энергию менее чем за секунду. Бум! Получается взрыв. Мощный взрыв: энергия и материя вырвались бы из черной дыры эквивалентно 1 млн ядерных бомб мощностью в 1 Мт.

Черная мини-дыра, образовавшаяся при зарождении Вселенной, с массой примерно миллиард тонн, сейчас была бы как раз на этом этапе. Любая дыра с меньшей массой уже давным-давно бы испарилась, а более массивные были бы по-прежнему стабильны. Черная дыра звездной массы может жить-поживать в течение невероятно долгого времени, прежде чем начнет волноваться про испарение; прогнозируемая продолжительность жизни такой дыры более 10⁶⁰ лет, что гораздо, гораздо больше, чем нынешний возраст Вселенной (но см. главу 9, где описано, что происходит, когда этот срок в конце концов наступает).

Никаких взрывов квантовых черных дыр никогда не наблюдалось (хотя в течение определенного времени выдвигались предположения, что это может объяснить всплески гамма-излучения), но даже то количество энергии было бы сложно зарегистрировать на расстоянии многих световых лет. Могут ли квантовые черные дыры бродить по Галактике? Что бы произошло, если бы одна из них подошла слишком близко? Была бы она так же опасна, как и черная дыра звездной массы?