Как умирают чёрные дыры и куда при этом девается поглощённая ими материя

Прежде чем давать ответ на поставленные вопросы, следует напомнить, что представляет собой черная дыра. По сути, это звезда, но такая массивная, что под действием нарастающих сил гравитации вся материя в ней устремляется к центру, образуя сингулярность — точку, в которой метрические величины стремятся к бесконечности. Обычно черные дыры образуются вследствие коллапсирования тяжелых нейтронных звезд, впрочем, черной дырой может стать любое тело, сжатое до критически малого объема. Ее гравитация настолько сильна, что оказавшаяся вблизи нее материя будет поглощена сингулярностью, причем при достижении горизонта событий частицы достигнут скорости света.

Это означает, что ни частицы материи, ни излучение, оказавшись по ту сторону горизонта событий, не смогут вернуться, ведь для этого им бы пришлось двигаться быстрее скорости света, а это невозможно.

Но если это так, каким образом черные дыры могут терять массу и испаряться?

С точки зрения Хокинга, процесс испарения черных дыр обуславливается взаимодействием виртуальных частиц, которые, оказавшись в непосредственной близости от горизонта событий не аннигилируют, а растягиваются в противоположных направлениях под действием мощной силы гравитации. При этом одна частица «улетает» в космос, а другая, имеющая отрицательную энергию, оказывается поглощена черной дырой.




В результате черная дыра отдает энергию, равную той, которой обладает «отрицательная» частица. Если таких частиц окажется много, коллапсар потеряет свою энергию и в конце концов испарится. Некоторое время эта теория в ее примитивном представлении пользовалась такой популярностью, что ее приняли на веру даже некоторые физики. Результатом такого недопонимания связи частиц Хокинга с гравитацией стал вывод о невозможности существования самих черных дыр, что было проиллюстрировано на примере исследований профессора Лоры Мерсини-Хоутон из университета Северной Каролины . Но черные дыры существуют, следовательно, испарение должно объясняться иными причинами. В общем, так оно и есть.

Если в расчеты взять квантовую физику, все становится на свои места

Согласно квантовой теории, энергия неотделима от пространства, которая ему присуща по определению. Этот феномен именуется квантовым вакуумом. Так вот, этот самый квантовый вакуум в искаженном пространстве черной дыры ведет себя совершенно иначе, чем в пространстве плоском. Излучение черного тела в область пространства, окружающего сферу Шварцшильда вполне реально, квантовая теория поля это вполне допускает. Чем меньше радиус горизонта событий, тем более выраженное искривление имеет пространство вокруг него, а чем сильнее оно искривлено, тем сильнее проявляет себя излучение Хокинга. Это вполне объясняет, почему небольшие черные дыры испаряются быстрее, чем массивные.




Интересно, что черная дыра будет сохранять свои свойства до самого конца, вплоть до того момента, когда ее масса станет нулевой. По расчетам, в последнюю секунду существования черной дыры ее масса составит всего 228 тонн, а размер сферы Шварцшильда — ничтожные 340 йоктометров. Смерть черной дыры ознаменуется мощным взрывом с выбросом энергии равной той, которая была бы выделена при взрыве 5 триллионов тонн тротила. Все, что было поглощено черной дырой за время ее существования, будет «переработано» в чистую энергию и выплеснуто в окружающее пространство в виде излучения. Что после этого останется? Почти ничего, если не считать остатков уходящего излучения, остывающего в бездонной пустоте темного мертвого космоса.