Вы, конечно же, слышали, что черная дыра – это страшный монстр космоса. Она безвозвратно проглатывает все, что находится вокруг нее.
Однако это не совсем так. Потому что существенная часть материи не напрямую падает в нее. Она вращается вокруг черной дыры на какой-то определенной орбите. И в процессе этого вращения частицы вещества сталкиваются. При этом они обмениваются энергией. И большая их часть фактически выбрасывается за пределы опасной зоны.
Съем всё. И всех
Поэтому, на самом деле, черные дыры растут не очень быстро. Тем не менее они способны поглощать целые звезды и гигантские количества газа и пыли. И может показаться, что их масса может увеличиваться до бесконечности.
Однако, на самом деле, и этот процесс имеет предел.
Самая интересная деталь черной дыры – это так называемый горизонт событий. Это точка невозврата для всего, что его пересекает. Даже света.
Но есть еще один важный порог, о котором Вы, вероятно, не слышали. Он называется самая внутренняя устойчивая круговая орбита. Или ISCO.
В случае с черной дырой это внутренний край аккреционного диска. Это диск из материи, вращающейся вокруг черной дыры.
Это место – последний рубеж для самого быстрого, что есть во Вселенной – света. Здесь лишь только он может поддерживать стабильную орбиту. Все, что имеет массу, или меньшую скорость на таком расстоянии, начнет неизбежно падать вниз. Как вода в канализацию. Технически, в этом месте свет еще не преодолел точку невозврата. Потому что если он получит хороший дополнительный импульс, то сможет покинуть подобную орбиту. Но если этого не произойдет, он обречен в конечном итоге преодолеть безвозвратно горизонт событий.
Поскольку черная дыра все время кушает и становится все более массивной, ее гравитационное притяжение тоже становится сильнее. Поэтому материя, движущиеся по орбите вокруг нее на расстоянии, которое раньше было безопасным, постепенно приближается к зоне риска. Это происходит потому, что ISCO становится все больше.
По мере расширения ISCO черная дыра получает доступ ко все большему количеству вещества. И ей это нравится. Она довольно щурится, поглаживая черное пузо. Ведь теперь она сможет питаться еще обильнее. Дыра становится все больше. И, соответственно, ISCO расширяется еще сильнее. Это дает черной дыре еще больше еды. И так далее. Появляется положительная обратная связь.
Но так продолжается недолго
Да, гравитационное поле черной дыры становиться все мощнее. В целом. Однако его плотность начинает падать. Поскольку размер ISCO увеличивается быстрее, чем растет гравитация. И поэтому, на некотором расстоянии от горизонта событий, материя начинает испытывать большее гравитационное взаимодействие между своими молекулами, чем притяжение от черной дыры. Вот почему гигантское газовое облако способно распадаться на звезды. И спокойно существовать. Именно поэтому наша Галактика – не просто один большой аккреционный диск, падающий по спирали в центральную черную дыру.
Таким образом становится ясно, что как только черная дыра достигает определенной массы, ISCO принимает определенное значение. Ни больше, ни меньше. Если говорить другими словами, в этот момент вся материя, которая вращается вокруг черной дыры, находится от нее настолько далеко, что может даже формировать звезды. А вовсе не падает в бездонную пропасть.
Так какой же массы должна достичь черная дыра, чтобы ее аппетит дальше не смог расти?
В статье, опубликованной в далеком 2015 году, исследователи привели очень интересные цифры. Они подсчитали, что теоретически черные дыры могут набирать вес от 50 до 270 миллиардов солнечных масс. Это кажется очень большим диапазоном. Но этот разброс объясняется тем, что некоторые черные дыры вращаются. И поэтому их ISCO находится ближе к горизонту событий. Это позволяет черным дырам есть больше, прежде чем они достигнут максимума.
Как только черная дыра достигает установленного предела, она при определенных условиях все же может продолжать расти. Но только если что-то упадет прямо в нее. Однако это крайне маловероятное событие. По сути, в момент достижения максимальной ISCO, она больше не растет.
Поэтому вряд ли наша Вселенная в итоге будет поглощена какой-то колоссальной черной дырой. Которая будет являться сингулярностью в другой Вселенной. И там снова взорвется… Скорее всего ее расширение просто сменится сжатием…