Космос · Статья
Чёрные дыры объяснены: как они образуются, как они выглядят и доказательства их существования
Опубликовано:

Коротко
Чёрная дыра — это область, где гравитация настолько сильна, что ничто, даже свет, не может её покинуть после пересечения горизонта событий. Большинство чёрных дыр образуются при коллапсе массивных умирающих звёзд, в то время как происхождение самых больших, сверхмассивных чёрных дыр, остаётся плохо изученным, согласно НАСА. Их существование было подтверждено как обнаружением гравитационных волн в 2015 году, так и прямым изображением в 2019 году.
Эта версия — машинный перевод оригинала (English). Читать оригинал
Чёрные дыры — это области космоса, где гравитация настолько сильна, что за определённой границей не может убежать даже свет. Эта граница называется горизонтом событий, и НАСА описывает её как точку, в которой скорость, необходимая для побега, превышает скорость света.
Как образуются чёрные дыры
Наиболее распространённый путь — смерть массивной звезды. По данным НАСА, звезда с массой более 20 солнечных масс, исчерпав ядерное топливо в своём ядре, коллапсирует под собственным весом. Как только коллапсирующее ядро превышает примерно три солнечные массы, никакая известная сила не может остановить коллапс, и образуется чёрная дыра.
Сверхмассивные чёрные дыры, расположенные в центрах больших галактик и имеющие массу от 100 000 до миллиардов солнечных масс, сложнее объяснить только звёздным коллапсом. НАСА указывает, что происхождение сверхмассивных чёрных дыр плохо изучено, несмотря на то, что известно, что они существовали с самых ранних времён жизни галактики.
Чёрные дыры также растут после своего образования, втягивая окружающий газ и пыль процессом, называемым аккрецией, и путём слияния с другими чёрными дырами.
Структура чёрной дыры
Описание НАСА анатомии чёрной дыры содержит несколько различных частей. Сингулярность — это теоретическая точка в центре, где, согласно общей теории относительности, материя сжимается до бесконечной плотности. Окружающий её горизонт событий — это точка невозврата.
Дальше, падающий газ и пыль образуют аккреционный диск, вращающуюся структуру, которая нагревается, спираля внутрь, что делает его одним из основных способов, которыми астрономы вообще обнаруживают чёрные дыры. Близко к чёрной дыре свет может орбитировать несколько раз, прежде чем убежать, создавая тонкое, искажённое кольцо, известное как фотонная сфера. Некоторые чёрные дыры также генерируют корону частиц в миллиард градусов над диском и пары джетов, выстреливающих материю наружу со скоростью, близкой к скорости света, причём джеты сверхмассивных чёрных дыр простираются на сотни тысяч световых лет, согласно НАСА.
Типы чёрных дыр
Астрономы классифицируют чёрные дыры по массе. Звёздные чёрные дыры имеют массу от примерно трёх до нескольких десятков солнечных масс и рассыпаны по всем галактикам, таким как Млечный Путь. Сверхмассивные чёрные дыры якорят центры больших галактик и весят от 100 000 до миллиардов солнечных масс; та, что в сердце галактики Мессье 87, весит более 6 миллиардов солнечных масс, согласно НАСА. Чёрные дыры промежуточной массы в диапазоне от 100 до более 10 000 солнечных масс имеют мало подтверждённых примеров; НАСА называет событие слияния 2019 года GW190521, которое произвело чёрную дыру массой 142 солнечных масс, наиболее убедительным примером этой категории на сегодняшний день.
| Тип | Типичный диапазон масс | Пример |
|---|---|---|
| Звёздная | ~3 до десятков солнечных масс | Рассеяны по Млечному Пути |
| Промежуточная | 100 до более 10 000 солнечных масс | Продукт слияния GW190521 (142 солнечных масс) |
| Сверхмассивная | 100 000 до миллиардов солнечных масс | M87* (более 6 миллиардов солнечных масс) |
Как учёные доказали, что чёрные дыры реальны
Прямые изображения чёрной дыры невозможны в обычном смысле, поскольку никакой свет не может выбраться изнутри горизонта событий. Вместо этого исследователи ищут косвенные эффекты, и два знаковых результата в течение последнего десятилетия превратили чёрные дыры из теоретического предсказания в наблюдаемую реальность.
Первый пришёл 14 сентября 2015 года, когда два близнецовых детектора Advanced LIGO в Соединённых Штатах зафиксировали сигнал гравитационных волн, позже названный GW150914, согласно отчёту Physics World об открытии. Сигнал исходил от двух чёрных дыр с массами в 36 и 29 раз больше Солнца, сливающихся в одну вращающуюся чёрную дыру массой 62 солнечных масс примерно в 1,3 миллиарда световых лет от нас. Разница, эквивалентная 3 солнечным массам, была излучена в виде гравитационных волн. Обнаружение было измерено со статистической значимостью выше 5,1 сигма и подтвердило, среди прочего, что гравитационные волны распространяются со скоростью света, как предсказывала общая теория относительности Эйнштейна.
Второй знаковый результат пришёл 10 апреля 2019 года, когда коллаборация Event Horizon Telescope выпустила первое в истории изображение силуэта чёрной дыры, как сообщила MIT News. Целью была сверхмассивная чёрная дыра в центре M87, в 55 миллионах световых лет от Земли, с массой 6,5 миллиардов Солнц и горизонтом событий примерно в 40 миллиардов километров в диаметре. Восемь наземных радиотелескопов, от Гавайев и Аризоны до Мексики, Испании, Чили и Антарктиды, работали вместе как один виртуальный инструмент для захвата изображения, которое показало яркое кольцо светящегося газа, окружающего тёмную центральную «тень».
Эта тень, вызванная гравитационным изгибом и захватом света горизонтом событий, раскрывает много информации о природе этих удивительных объектов.
Более 200 исследователей из 13 партнёрских учреждений внесли свой вклад в результат 2019 года, согласно MIT News, и наблюдаемая тень совпадала с предсказаниями общей теории относительности.
Гравитационные эффекты на окружающее пространство
Близко к чёрной дыре падающая материя спирально входит в аккреционный диск, который НАСА описывает как «горячий, яркий, быстро вращающийся диск» — один из основных способов, которыми астрономы обнаруживают чёрные дыры, несмотря на то, что сама чёрная дыра не излучает никакого света. Эти же гравитационные эффекты искривляют путь света, проходящего рядом, что создаёт светящееся кольцо, видимое на изображениях EHT, а не просто тёмный круг.
Часто задаваемые вопросы
Вопросы
- Может ли что-нибудь убежать из чёрной дыры?
- Нет. НАСА определяет горизонт событий как границу, за которой скорость выхода превышает скорость света, что означает, что ничто, включая свет, не может убежать, как только это пересекает эту точку.
- Как образуются чёрные дыры?
- Звёздные чёрные дыры образуются, когда звезда с массой более 20 солнечных масс исчерпывает ядерное топливо, и её ядро, если оно превышает примерно три солнечные массы, коллапсирует под собственной гравитацией, согласно НАСА. Происхождение сверхмассивных чёрных дыр менее понятно; НАСА указывает, что оно плохо изучено, хотя известно, что эти объекты существовали с самых ранних времён жизни галактики.
- Была ли когда-нибудь сфотографирована чёрная дыра?
- В апреле 2019 года коллаборация Event Horizon Telescope выпустила первое изображение, показывающее тень чёрной дыры и окружающее кольцо светящегося газа для сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики M87, как сообщила MIT News.
- Какие были первые прямые доказательства слияния чёрных дыр?
- 14 сентября 2015 года LIGO обнаружила гравитационные волны от двух чёрных дыр с массами в 36 и 29 солнечных масс, сливающихся в чёрную дыру массой 62 солнечные массы примерно в 1,3 миллиарда световых лет от нас, согласно освещению Physics World об открытии.
- Насколько велика наибольшая известная категория чёрных дыр?
- Сверхмассивные чёрные дыры варьируются примерно от 100 000 до миллиардов солнечных масс и находятся в центрах больших галактик; та, что в M87, весит более 6 миллиардов солнечных масс, согласно НАСА.
Источники
Этот материал подготовлен с помощью искусственного интеллекта и перед публикацией прошёл автоматическую проверку источников. Если вы заметили ошибку, запросите исправление. Запросить исправление или ответ · Как мы работаем
Похожие материалы

КосмосСтатья
Как работают спутники: орбитальная механика, основные типы и применение в повседневной жизни
Спутники остаются на орбите благодаря балансу между их поступательной скоростью и гравитацией Земли, что удерживает их в состоянии непрерывного свободного падения вокруг планеты вместо того, чтобы упасть на земную поверхность или улететь в космос. Инженеры выбирают высоту, форму и наклон орбиты в соответствии с назначением спутника - от низких орбит, используемых для съемки, до геостационарного пояса, применяемого для метеорологии и телекоммуникаций. По состоянию на октябрь 2026 года группы отслеживания насчитывают примерно 17 000 активных спутников вокруг Земли.
КосмосСтатья
Как работают телескопы: объяснение оптических, радио- и космических обсерваторий
Телескопы раскрывают далекую вселенную, собирая электромагнитное излучение — видимый свет, радиоволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское или гамма-излучение — и фокусируя его с помощью зеркал, линз или антенных тарелок. Какой дизайн работает лучше всего, зависит от длины волны: наземные оптические телескопы нуждаются в адаптивной оптике, чтобы преодолеть размытие атмосферой, радиотелескопы связывают тарелки в гигантские массивы, а рентгеновские или инфракрасные обсерватории должны находиться на орбите над земной атмосферой, которая поглощает эти длины волн.
КосмосСтатья
Как работают лунные фазы: наука лунного цикла
Лунные фазы вызваны изменяющимся углом между Солнцем, Землей и Луной по мере того, как Луна вращается вокруг нашей планеты, а не земной тенью. Полный цикл от одного новолуния к следующему — синодический месяц — занимает около 29,5 дней, немного дольше, чем фактическая орбита Луны вокруг Земли продолжительностью 27,3 дня.

КосмосРуководство
Как определить звезды и созвездия: руководство для начинающих любителей астрономии
Начинающие могут научиться определять звезды и созвездия без телескопа. NASA's Night Sky Network и The Planetary Society говорят, что невооружённого глаза достаточно для начала: выучите несколько ярких основных созвездий, а затем используйте их звёзды как указатели для поиска других. Осень и зима благоприятствуют этому хобби, потому что ночи длиннее и, как отмечает National Geographic, воздух часто обеспечивает более чистые условия неба.