Тайны Вселенной

Радиус горизонта событий часто называют шварцшильдовским радиусом (автор решения Шварцшильд). Как только необходимое количество вещества уйдет под шварцшильдовский радиус, образуется горизонт событий, и это вещество оказывается в ловушке, где оно коллапсирует до самой сингулярности. А несколько замешкавшихся атомов из внешних слоев умирающей звезды так и не смогут никогда перебраться под горизонт событий и обречены вечно парить над поверхностью со шварцшильдовским радиусом.

Чтобы лучше разобраться в структуре «черных дыр», представьте себе воображаемое путешествие на космическом корабле, оборудованном большими смотровыми иллюминаторами. Используя такую «технику», можно узнать, что увидели бы бесстрашные астронавты, если бы они действительно отправились в путешествие к различным типам «черных дыр», в сами эти дыры и даже сквозь них.

Шварцшильдовские радиусы черных дыр, обладающих разными массами

Масса черной дыры — Шварцшильдовский радиус (радиус горизонта событий)

1 т — 13.10–15 ангстрем

106 т — 13.10–9 ангстрем

1012 т — 13.10–3 ангстрем

1015 т — 13 ангстрем

1 масса Земли — 0,8 см

1 масса Юпитера — 2,8 м

1 масса Солнца — 3 км

2 массы Солнца — 6 км

3 массы Солнца — 9 км

5 масс Солнца — 15 км

10 масс Солнца — 30 км

50 масс Солнца — 150 км

100 масс Солнца — 300 км

103 масс Солнца — 3103 км

106 масс Солнца — 10 световых секунд

109 масс Солнца — 2,8 свет. часов

1012 масс Солнца — 117 свет. дней

1015 масс Солнца — 320 свет. лет

Вообразим космический корабль, показанный на рисунке 128. Он снабжен двумя большими иллюминаторами. Носовой иллюминатор смотрит прямо в центр «черной дыры», а кормовой — в противоположном направлении. Из каждого иллюминатора видна половина всего неба. Космический корабль обладает очень мощными ракетными двигателями, позволяющими ему удерживаться на разных высотах над горизонтом событий. На борту корабля находятся два астронома, которые фотографируют с различных расстояний от черной дыры все, что им видно из иллюминаторов.

Для удобства астрономы выражают свое расстояние от «черной дыры» в шварцшильдовских радиусах, а не милях или километрах (шварцшильдовский радиус — это радиус горизонта событий). Чем массивнее «черная дыра», тем больше ее шварцшильдовский радиус.

В нижеприведенной таблице приведены значения шварцшильдовского радиуса «черных дыр», обладающих разными массами (рис. 129). (Следует принять во внимание, что поперечник горизонта событий «черной дыры» — это в точности удвоенная величина ее шварцшильдовского радиуса, а раз поперечник горизонта событий равен удвоенному шварцшильдовскому радиусу, то поперечник фотонной сферы — это утроенный шварцшильдовский радиус).

Путешествие двух астрономов на воображаемом космическом корабле начинается с того, что этому уникальному кораблю предоставляется возможность просто падать на «черную дыру» вдоль ее радиуса. На разных этапах сближения с дырой космонавты включают мощные ракетные двигатели, которые мгновенно останавливают падение корабля. В эти моменты покоя астрономы делают два снимка — один из носового иллюминатора (вид в сторону «черной дыры»), а другой — из кормового (вид назад на Вселенную). Корабль останавливался пять раз, и всякий раз делались две фотографии. (На рис. 130 показано, где был космический корабль относительно «черной дыры» в моменты получения снимков.) Полученные фотоснимки, согласно теоретическим расчетам, должны выглядеть следующим образом (рис. 131).

Фото А (вид издалека от черной дыры). Расстояние от «черной дыры» равно многим шварцшильдовским радиусам. «Черная дыра» выглядит отсюда как маленькое черное пятнышко в центре поля зрения носового иллюминатора.

Фото Б (вид с расстояния 5 шварцшильдовских радиусов). При взгляде с 5 шварцшильдовских радиусов угловой поперечник «черной дыры» составляет около 46°; она занимает центральную часть поля зрения носового иллюминатора. Дали Вселенной все еще видны в кормовой иллюминатор, хотя там уже заметны некоторые искажения.

Фото В (вид с расстояния 2 шварцшильдовских радиусов). При взгляде с 2 шварцшильдовских радиусов угловой поперечник «черной дыры» достигает 136°, и она закрывает большую часть поля зрения носового иллюминатора. Вид в кормовом иллюминаторе еще более искажен, чем на фото Б.

Фото Г (вид с поверхности фотонной сферы). При взгляде с фотонной сферы (1,5 шварцшильдовского радиуса) «черная дыра» заполняет все поле зрения носового иллюминатора, так что ее угловой поперечник равен 180°. Вид назад также чрезвычайно искажен, особенно по краям поля зрения.

Фото Д (вид с высоты в несколько метров над горизонтом событий). Прямо над горизонтом событий носовой иллюминатор сплошь черный. Кажущиеся «края» «черной дыры» теперь заполняют со всех сторон кормовой иллюминатор. Видимая через него внешняя Вселенная сжалась теперь в небольшой кружок с центром в направлении от «черной дыры».