Крис Импи - Чудовища доктора Эйнштейна [litres]

Как складывается жизнь черных дыр? Астрономы полагают, что некоторые черные дыры могли образоваться вскоре после Большого взрыва, когда новорожденная Вселенная была горячей и плотной. С тех пор по мере гибели массивных звезд формировались маленькие черные дыры, а большие росли, пожирая газ в центре галактик или объединяясь при галактическом слиянии. Во второй части книги мы узнаем, как образуются и растут черные дыры разной величины. Теперь, когда их существование уже не подвергается сомнению, астрономы разрабатывают программы наблюдения, подбираясь все ближе к горизонту событий. Исследователи также научились анализировать свойства черных дыр в безопасных условиях компьютерного моделирования.

Черные дыры – это опытный полигон для теории гравитации. Теперь теорию относительности ждет самая серьезная проверка в истории. В последующее десятилетие исследования черных дыр в основном сосредоточатся на регистрации гравитационных волн, колебаний пространственно-временного континуума, которые являются главным предсказанием общей теории относительности. Несколько лет назад, когда впервые были зарегистрированы слияния с участием черной дыры, в астрономии возникло новое направление. Детекторы гравитационных волн скоро будут способны регистрировать слияния черных дыр во всей наблюдаемой Вселенной с частотой в одно событие в неделю. Если человечество доживет до этого момента, наши отдаленные потомки смогут вблизи наблюдать слияние черной дыры, которая находится в центре нашей Галактики, с аналогичной дырой в галактике Андромеды.

Наконец, мы узнаем, как растут и впоследствии умирают от голода черные дыры по мере расширения Вселенной и рассеивания галактик. Даже самые большие черные дыры однажды испарятся, мало-помалу растрачивая себя в излучении Хокинга. Ничто не вечно – ни Вселенная, ни черные дыры.

Во Вселенной есть черные дыры разных размеров: от объектов величиной с мегаполис с массой звезды до гигантов размера Солнечной системы с массой галактики. Как рождаются и проживают свою жизнь черные дыры? История начинается с Большого взрыва и продолжается бурной гибелью звезд и схождением массы в центрах галактик. Используя наблюдение, теоретические знания, компьютерное моделирование и капельку воображения, астрономы воссоздали историю черных дыр. Они даже задались вопросом, не является ли черной дырой сама Вселенная.

В ранней Вселенной царили хаос и неупорядоченность. По мере формирования галактик, звезд и планет гравитацией Вселенная становилась «комковатой», она никогда не была идеально равномерной. Сразу после Большого взрыва появились небольшие неоднородности, и, поскольку средняя плотность Вселенной была чрезвычайно высокой, гравитация в этих областях должна была быть очень сильной. Таким образом, семена будущих галактик возникли еще в ранней Вселенной. Это еще не все. В том же году, когда Стивен Хокинг предсказал излучение, получившее его имя, он вместе со своим студентом Бернардом Карром написал статью о черных дырах, которые могли сформироваться в очень молодой Вселенной, – первичных черных дырах [200]. Они утверждали, что, даже если вариации плотности, случившиеся сразу же после Большого взрыва, были в среднем слабыми, в некоторых областях пространства они могли быть достаточными для создания гравитационного притяжения, превосходящего силу космического расширения. В этих местах должен был происходить гравитационный коллапс и могла образоваться черная дыра. Этот процесс мог вести к появлению черных дыр практически любой массы. Могли ли первичные черные дыры Хокинга стать вселенскими семенами?

Самые ранние черные дыры должны были сформироваться в так называемое планковское время [201] – период продолжительностью 10 –43секунды после Большого взрыва, когда размер Вселенной составлял 10 –35м. Образовавшиеся тогда черные дыры имели бы массу 10 –8кг – примерно как у крупицы пыли. Эти ранние черные дыры не могли расти из-за быстрого расширения Вселенной, поэтому быстро испарились. Любая черная дыра, сформировавшаяся менее чем через 10 –23секунды после Большого взрыва и имеющая массу менее 10 12кг, к настоящему моменту уже должна была испариться, но более поздние и массивные могли дожить до наших дней. Первичная черная дыра, образовавшаяся через секунду после Большого Взрыва, имела бы массу по меньшей мере в 100 000 солнечных – ненамного меньше, чем у массивной черной дыры в центре Млечного Пути.