Стало відомо, чому чорні діри насправді не чорні

З численної фантастики і науково-популярних джерел всім відомо, що навколо кожної чорної діри знаходиться горизонт подій – межа, за якою друга космічна швидкість перевищує швидкість світла. Через це, навіть, світло не може вирватися з чорної діри. Саме тому вчені і прозвали чорну діру чорною. Але незважаючи на це, чорні діри насправді не зовсім чорні.

Поза горизонтом подій чорної діри будь-яка речовина притягується до неї, але зіткнення частинок між собою і електромагнітні взаємодії можуть змінити напрямок руху частинок в будь-яку сторону, в тому числі і відвести їх від самої чорної діри, перш ніж вони впадуть під горизонт. Коли ж частинки потрапляють всередину горизонту подій, вони вже ніколи не зможуть повернутися назад, якщо тільки не зможуть розігнатися до швидкості більшої швидкості світла. Саме взаємодіючі, що падають на чорну діру частинки, формують яскравий акреційний диск навколо них.

Чи можна побачити тіло, що потрапило за горизонт подій?

Розглянемо тіло, яке потрапляє в чорну діру. Коли ви спостерігаєте за його падінням, ви бачите, що світло, яке ним випромінюється, стає спочатку червоним, а потім все більш тьмяним в міру того, як положення тіла зміщується до горизонту подій. Якби ви могли продовжувати спостерігати в радіодіапазоні слабкі фотони, які випромінює тіло, то ми б могли побачити, як воно продовжує рух до горизонту подій, і, здавалося б, що фотони при цьому, розтягуються в просторі нескінченно збільшуючи свою довжину хвилі. Згодом світло від об’єкта переходило б від видимого до інфрачервоного, потім до мікрохвильового, потім до радіочастот і так далі … Але в будь-якому випадку воно ніколи не зникне.

Навіть незважаючи на квантування фотонів, немає обмежень щодо того, наскільки низькою може бути їхня енергія. З чималим телескопом, чутливим до досить довгих хвиль, ви завжди зможете бачити світло від усього, що потрапило в чорну діру. Звідси ми можемо зробити висновок, що коли щось потрапляє в чорну діру, його світло ніколи не згасає повністю.

Випромінювання Хокінга

Принцип невизначеності передбачає, що вакуум не є порожнім. У ньому постійно відбувається процес народження і анігіляції пар віртуальних частинок і античастинок. Згідно з цим принципом, такі частинки можуть існувати дуже короткий час і в звичайних умовах не можуть взаємодіяти зі звичайними частинками, але біля горизонту подій чорної діри умови зовсім не звичайні.

Якщо розглянути ситуацію, коли така пара виникає дуже близько до горизонту подій чорної діри, то одна з частинок цієї пари може бути затягнута гравітаційним полем чорної діри ще до того, як частинки встигнуть анігілірувати. При цьому інша частинка із цієї пари може залишитися зовні горизонту подій. Таким чином, спостерігачеві, що знаходиться зовні від чорної діри, може здатися, що ця частка була випромінююча чорною дірою.

У 1974 році Стівен Хокінг дав теоретичне обгрунтування цього випромінювання, яке згодом стали називати його ім’ям.

З огляду на вищесказане, ми можемо зробити висновок, що чорні діри в дійсності не є повністю чорними. Оскільки, по-перше, світло від падаючого на чорну діру тіла буде зміщуватися в червоний спектр і все більше і більше згасати, але ніколи не згасне. По-друге, чорна діра завжди “випромінює випромінювання” Хокінга.

На даний момент випромінювання Хокінга зафіксувати не вдалося, це пов’язано з вкрай низькою його інтенсивністю: чорна діра з масою рівною трьом сонячним буде випромінювати з потужністю всього 10 ^ -29 вата, чого недостатньо, для того, щоб вловити його за допомогою сучасного обладнання.