Черная дыра — это область пространства, которая обладает таким притяжением, что даже свет не может ее покинуть. Идея существования таких объектов появилась еще в конце XVIII века, когда английский естествоиспытатель Джон Митчелл предположил, что если размеры звезды будут очень маленькими, а масса — очень большой, то она не будет светить, потому что ее притяжение просто не даст свету вырваться (Митчелл представлял себе свет состоящим из частиц).

В современной науке существование черных дыр предсказывает теория относительности. Гравитацию в соответствии с этой теорией наглядно объясняют так: представим себе ткань, а лучше лист резины, на который кладут камни. Камни продавливают его сильнее или слабее в зависимости от своего веса, а более легкие катятся туда, где более тяжелые продавили яму поглубже. Поэтому планеты «притягивают» спутники, Солнце «притягивает» планеты и так далее.

Остерегайтесь черных дыр и водопадов

Используя эту метафору, Стивен Хокинг объясняет черные дыры так: представим, что мы кладем на резину очень тяжелый и компактный камень, он продавливает в ней бездонную яму, в которую вещество падает безвозвратно.

Граница черной дыры называется горизонтом событий, за этим горизонтом скорость, с которой нужно двигаться, чтобы вырваться из черной дыры, должна превышать скорость света — задача невозможная. Представить это себе можно как падение на лодке в водопад: чем ближе к водопаду, тем сильнее нужно грести, чтобы не затянуло, но с какого-то момента как ни старайся — вырваться уже не получится, вы падаете, но в случае черной дыры на дне вас ждут не острые камни, а загадочная сингулярность.

В области сингулярности плотность материи становится бесконечной. Говорят, может даже образоваться туннель в другую Вселенную. Но это все слухи, а что там на самом деле происходит — никто не знает.

Все это звучит странно и загадочно, но в том, что черные дыры существуют, астрофизики не сомневаются: например, долгожданное открытие гравитационных волн, порожденных столкновением двух черных дыр, — весомое подтверждение их существования.

Откуда берутся черные дыры

Черные дыры звездных масс образуются из звезд массой в 3−5 раз больше солнечной (поэтому наше Солнце черной дырой не станет, оно превратиться в белого карлика через миллиарды лет). «Топливо» для термоядерных реакций в звездах не бесконечно, и, когда оно заканчивается, звезда «схлопывается» и вспыхивает сверхновой.

А вот откуда берутся сверхмассивные черные дыры, неизвестно. На этот счет есть только предположения, такие как схлопывание массивных облаков газа на ранних стадиях образования галактик, разрастание черных дыр звездной массы за счет поглощения материи или слияния множества таких дыр в одну сверхмассивную. Недостатка в предположениях нет, а вот с наблюдениями дело обстоит сложнее.

Как увидеть черную дыру

Увидеть саму черную дыру нельзя, на что намекает ее название, а вот падающее в нее вещество — можно. В центрах многих галактик находятся черные дыры массой в миллионы больше солнечной. Они притягивают пыль, газ и звезды. Из этого вещества вокруг черной дыры образуется аккреционный диск. В нем материя закручивается, как в воронке, перед тем как упасть в черную дыру, и из-за трения разогревается, благодаря чему начинает ярко светиться во всем спектре. При падении же материи в черную дыру давление излучения и влияние магнитного поля у границы черный дыры отбрасывают часть вещества далеко от нее.

Сверхмассивная черная дыра в центре нашей Галактики называется Стрелец A*. Словосочетание «наша Галактика» звучит как-то по-домашнему, будто до центра ее рукой подать, но на самом деле черная дыра находится от нас в 25 тысячах световых лет, масса ее — в 4 миллиона раз больше солнечной.

Разглядеть ее на таком расстоянии очень сложно — все равно что пытаться увидеть теннисный мячик на Луне, и необходимая для этого острота «зрения» доступна лишь радиотелескопам благодаря приему радиоинтерфереометрии, который позволяет объединить телескопы в разных уголках земного шара в один огромный виртуальный телескоп. Так, проект Event Horizon Telescope объединит наблюдения телескопов в США, Испании, Мексике, Чили и даже в Антарктиде.

Второй объект для наблюдения — черная дыра в центре галактики M 87 Она примерно в 6 миллионов раз массивнее Солнца, но и находится существенно дальше — в 53 миллионах световых лет от нас.

На что похожа черная дыра

Результаты наблюдений будут опубликованы только в следующем году, а пока, чтобы примерно представить себе, что могут увидеть телескопы, можно полюбоваться на черную дыру в фильме «Интерстеллар», создатели которого постарались сделать картину как можно более правильной с научной точки зрения.

Правильность этой картинки в том, что аккреционный диск за черной дырой выглядит не как кольца у Сатурна, а выглядывает из-за черной дыры, потому что ее сильное гравитационное поле искажает путь, который проходит излучение аккреционного диска. Впрочем, есть и отличие от «Интерстеллара»: с одной стороны аккреционный диск из-за его вращения должен выглядеть ярче.

В результате изображение должно получиться похожим на картинку, которую астрофизик Жан-Пьер Люмине (Jean-Pierre Luminet) смоделировал в 1978-м еще на компьютере IBM 7040, работавшем на перфокартах, и нарисовал от руки для статьи в журнале Astronomy and Astrophysics.