Какие размеры имеют чёрные дыры?

Недавно со мной произошёл очередной странный случай. Я был в отпуске. И лежал, как я это делаю в это время каждый год, на горячем песке одного из городских пляжей города Певек. Солнце припекало, море монотонно шумело, невдалеке резвились местные пингвины. Стройные девушки гуляли вдоль берега, а у магазина «Соки-воды» толпилась, как всегда, очередь.

В общем красота. Прикрыв лицо газетой Труд, я задремал.

Странный незнакомец

Рядом кто-то негромко покашлял. И вдруг край газеты оказался немного приподнят.

– Кхм. Здравствуйте, товарищ!

Из-под приподнятого края газеты ко мне обратился какой-то странный человек. Он был одет в национальный зимний костюм чукчей, и при этом на ногах у него были обуты чулки от армейского ОЗК. И еще он был… негр!

Я сел, убрал газету, причесал волосы своей пластмассовой расчёской и спросил незнакомца:

– Слушаю Вас, уважаемый. Чем я могу помочь?

Странный чёрный человек уселся на песок, снял свою меховую шапку, и закрыв глаза начал монотонно, на манер какого-то заклинания говорить:

– Очень часто. В популярной литературе. При описании черной дыры. Находящейся в центре Млечного Пути. Говорят, что она «массивная». Но как это согласуется. С концепцией сингулярности. Как чрезвычайно плотной точки. В пространстве? Наверное, имеется ввиду. Размер какой-то области. Вокруг сингулярности? Или предполагаемый размер радиуса Шварцшильда?»

Незнакомец закончил говорить. Он открыл глаза, встал, отряхнул с себя песок, поклонился и молча ушёл.

А я остался сидеть на песке. Сказать, что я обалдел – это значит ничего не сказать. А, впрочем. Не зря же в Певеке построили крупнейшую обсерваторию в России. И планируют еще построить планетарий на 7000 мест. Граждане начали думать.

Что мы знаем про чёрные дыры?

А ведь вопрос, заданный странным человеком, он действительно очень интересен. Я бы даже сказал, что это просто отличный вопрос! И это яркий пример того, как разные астрономы используют разные единицы измерения таким образом, что для обыкновенного обывателя это может стать небольшой проблемой.

Я снова лёг и накрыл голову газетой. И начал думать.

Да, незнакомец был абсолютно прав в том, что в основе любой черной дыры лежит сущность, называемая сингулярностью. Она представляет собой нечто, имеющее бесконечную плотность. То есть огромное количество массы, сложенное в функционально нулевом пространстве.

Если Вы возьмёте стандартный метод нахождения плотности, который представляет собой «количество массы, делённое на пространство, которое она занимает», это будет хорошим способом для большинства объектов на Земле. Однако это не работает, когда дело доходит до сингулярностей.

Килограмм перьев может весить столько же, сколько килограмм свинца. Но плотность килограмма свинца определённо выше.

Сингулярности черных дыр требуют от нас разделить очень большое число (её массу) на ноль. Деление на ноль сломает Ваш калькулятор. Но формально это подразумевает бесконечную плотность.

Так. Но где же тогда порылась собака?

Сбежать невозможно

Дело тут вот в чём. Вокруг сингулярности есть область пространства, которая сильно искажена наличием поблизости огромного количества массы. Там, где это искажение наиболее сильное, пространство настолько искривлено, что для того, чтобы покинуть эту область пространства, нужно двигаться быстрее скорости света. А это невыполнимая задача.

Вот эта вот область, из которой невозможно выбраться, объединяется с невероятно плотной сингулярностью и в широком смысле называется «черной дырой». Граница этой области, за которой уже можно преодолеть гравитационное притяжение сингулярности называется радиусом Шварцшильда. Известна она также, как «горизонт событий». Эти два термина взаимозаменяемы.

Если Вы находитесь далеко за пределами этого радиуса, масса черной дыры в основном ведёт себя как любая другая масса, независимо от её плотности. Поскольку теперь Вы находитесь достаточно далеко. И физический размер объекта не имеет большого значения. Однако этот радиус меняется в зависимости от того, сколько массы упаковано внутри сингулярности. Чем больше массы там находится, тем больше становится область, откуда невозможно сбежать.

Именно по этой причине чёрные дыры классифицируются по массе. Поскольку именно масса определяет, насколько велика по размерам черная дыра.

Современная астрономия подразделяет черные дыры на объекты звёздной массы, черные дыры промежуточной массы и сверхмассивные черные дыры. Такая классификация идёт в порядке увеличения массы и размеров от физически наименьшего к физически наибольшему. Черные дыры звёздной массы, как правило, имеют диаметр всего несколько километров. Объект с массой в восемь масс Солнца будет иметь диаметр 48 км.

Монстр Млечного Пути

Сверхмассивные черные дыры могут быть гораздо больше. Та, что находится в центре Млечного Пути, имеет текущую оценку массы в 4,1 миллиона раз тяжелее Солнца, и диаметр 1,8 а.е. То есть помести её на место Солнца – она покрыла бы собой орбиту Марса…

Так что да. Черная дыра в центре Млечного Пути, в самом его ядре, действительно представляет собой безобъемную, бесконечно плотную точку. Однако область, окружающая её, которую нельзя покинуть, огромна. Она измеряется в масштабах Солнечной системы.

– Товарищ! Товарищ просыпайтесь!

Я открыл глаза и сел. Чёрт. Я опять уснул в трамвае и приехал на конечную остановку. Кондуктор с сочувствием пригласил меня жестом дружелюбным к выходу. И я пошёл домой, благо идти было недалеко.

И всю дорогу мне слышался звук дребезжащего где-то на грани слышимости древнего варгана чукчей…

Сообщение Какие размеры имеют чёрные дыры? появились сначала на Живой Космос.