Умират ли някога черните дупки?

"Те не са космически прахосмукачки, които засмукват всички около тях" – казва астрономът Мисти Бентц.

Черните дупки представляват място във Вселената с толкова огромна маса и плътност, че всичко, което попадне в радиуса на гравитационното им привличане, се притегля и никога не може да се измъкне.

Черните дупки присъстват често в новините през последните няколко месеца – от групата черни дупки около свръхмасивната черна дупка в центъра на галактиката ни до най-далечните, образувани в началото на Вселената. От тяхното зараждане до потенциалната им гибел далеч в бъдещето черните дупки са все още мистерия.

Черните дупки започват живота си със смърт. Те се образуват, когато звезда с маса 3 пъти по-голяма от нашето Слънце изразходи всичкото си гориво – вече е превърнала водорода в хелий, хелия в други елементи, от въглерод и кислород до дълбокото желязно ядро на звездата. С изключително тежката си сърцевина небесното тяло няма никакви други вещества за преобразуване. То достига края на жизнения си цикъл и експлодира, изпращайки външните слоеве в пространство, а ядрото се срива в самото себе си, струпвайки огромна маса в много малка площ.

Процесът на раждането на черна дупка и смъртта на звезда е сравнително често астрономическо явления. Звездите и черните дупки са пряко свързани особено в местата на Вселената, където звездите се формират с изключително висока скорост.

"Жизненият цикъл на една звезда зависи от масата й. Най-масивните звезди имат много по-кратък живот просто защото те изразходват горивото си много бързо" – обяснява Бентц.

Това, което Бентц нарича гигантска програма за рециклиране, се състои в създаването на черни дупки, които от своя страна довеждат до формирането на нови звезди. Когато група от нови звезди се образуват, най-масивните от тях умират много бързо, експлодирайки в края на кратките си животи.

Много по-странни и все още не толкова добре обяснени са свръхмасивните черни дупки – гигантски чудовища, чийто произход е неясен. Те са наблюдавани в центъра на галактики, включително нашата собствена, и изглежда се формират по различен начин от по-малките си събратя.

"Свръхмасивната черна дупка, както смятаме в момента, има маса милиони или милиарди пъти по-голяма от слънчевата. Но те не са започнали така, първоначално са били по-малки. Въпросът е как са се формирали и как са успели да натрупат толкова много маса?" – разказва Джилиън Беловари, теоретичен астрофизик от колежа "Куинсбороу".

Това, което астрономите знаят, е, че свръхмасивните черни дупки са станали много големи, много бързо, появявайки се преди 13 милиарда години.

"Проблемът е малко като загадката с яйцето и кокошката. В най-ранните етапи на Вселената е възможно черните дупки да се формирали от директния колапс на райони с много голяма плътност" – разяснява Бентц.

Другата предполагаема алтернатива е, че свръхмасивните черни дупки са се образували в ранните галактики, когато по-малки черни дупки са се формирали и са се обединили в центъра на галактиките.

"Свръхмасивната черна дупка трябва да започне отнякъде, не може да е прекалено малка, когато се формира, защото няма да има достатъчно време да стане толкова огромна. Трябва да е средно голяма, когато се образува" – разказва Беловари.

Изследователите все още се опитват да разберат как тези първи черни дупки са се получили от наличния горещ газ и прах в най-ранните стадии от образуването на Вселената. Обикновено, когато този вид материя се срива, се образуват звезди. Така че нещо трябва да е било различно в състава на най-ранната Вселена, която е спомогнала за формирането на изначалните черни дупки.

Черните дупки променят масата си постоянно. Те получават своята (незаслужена) репутация, защото нещата, които попаднат в гравитационното им поле, никога не могат да се измъкнат, като вместо това се добавят към общата маса на черната дупка, позволявайки й да расте.

Бентц обяснява, че няма значение каква материя попада в нея – било то газ, звезда или планета – всичко става част от масата й. Процесът на натрупване (акреция) – поглъщайки всякакви неща в продължение на определен период от време – е начинът, по който черните дупки нарастват.

"Начинът, по който ние мислим, че те ефективно увеличават масата си, е като поглъщат газ или акреционен газ. Газът попада в черната дупка, както водата се оттича във ваната: тя се завърта и след това отива в канала. Поведението на газа в черната дупка е подобно. Гравитацията на черната дупка го привлича, но той продължава да се движи, затова започва да приема формата на диск около черната дупка, като след време попада в нея" – обяснява Беловари.

Набавянето с газ може би е най-ефективният начин за акреция, но черните дупки също така се сблъскват с други черни дупки, обединявайки своите маси.

Съществува голяма разлика в размера на свръхмасивните и обикновените черни дупки, като досега не са документирани такива със среден размер.

Това обаче не означава, че те не съществуват, като много учени активно ги търсят.

Без значение от размера черните дупки преминават през определени фази по време на своето съществуване. Но могат ли да умрат? Стивън Хокинг е мислел, че това е възможно чрез физичния механизъм наречен Радиация на Хокинг.

Идеята му е, че ако черните дупки спрат процеса на акреция, в даден момент ще изчезнат заради поведението на заобикалящите ги субатомни частици. Бентц обяснява, че из цялата Вселена двойки от субатомни частици се появяват една до друга, като едната представлява частица, а другата античастица. Обикновено веднага след като се появят на бял свят, те се сблъскват една в друга и изчезват, превръщайки се отново в енергия.

"Това е просто енергия, преминаваща в материя, преобразуваща се обратно в енергия, появявайки се и изчезвайки" – казва Бентц.

Ако то се случи в близост до черна дупка и едната частица от двойката попадне в черната дупка, а другата се намира извън нея, то когато се сблъскат и изчезнат, ще успеят да откраднат малка част от енергията на черната дупка. По този начин субатомните частици могат да доведат до намаляване на масата.

Ако този процес продължава да се случва отново и отново, без допълнително материя да попада в черната дупка, в даден момент всички енергия ще бъде изразходвана. Без значение от големината на черната дупка радиацията на Хокинг ще отнеме изключително много време.

Според Бентц Вселената не е съществувала достатъчно дълго време за една черна дупка да умре, дори и да има такива, които съществуват от началото на Големия взрив.

Черните дупки са интересни, огромни и все още недобре опознати, но има едно нещо, за което учените са сигурни. "Те не са опасни. Няма такива близо до нас и няма нужда да се притесняваме от тях. Има много други неща, за които трябва да се тревожим" – споделя Беловари.

По статията работи: Нора Маркова
Източник: popsci.com
Снимки: unsplash.com; pixabay.com; canva.com