Чёрная дыра

Фотография, сделанная Хабблом в видимом диапазоне, близком к инфракрасному. Звезда массой в 25 солнц исчезла с фото. Причина - прямой коллапс, в результате которого появляется чёрная дыра.

Общее название сколлапсировавших объектов, не имеющих материальной поверхности; их границей является горизонт событий. Область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света.

Физика вопроса

Определение

Современные ученые сходятся на том, что у черных дыр нет одного четкого определения. Поэтому чёрными дырами часто называют объекты, не строго соответствующие определению
Сфера с радиусом Шварцшильда

В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры она представляет собой сферу с радиусом Шварцшильда, который считается характерным размером чёрной дыры.
Структура

Структура черной дыры по Шварцшильду включает всего два элемента, о которых упоминалось ранее: сингулярность и горизонт событий черной дыры.

Размеры

Компактность

Черные дыры максимально компактный объект, который не демонстрирует свойств поверхности. Понятия точки центра для черных дыр не существует.
Масса

Могут быть большими и маленькими. Масса "звездных" черных дыр может быть до 20 раз больше массы Солнца. Самые большие (более 1 млн солнц) называются "сверхмассивными".
Поверхность

У черных дыр нет какой-либо поверхности. Горизонт событий — воображаемая граница, на которой свет ещё способен покинуть черную дыру.

Наблюдение

Проблема

Проблема наблюдения за этими объектами состоит в том, что все они до недавних пор обнаруживались по косвенным признакам.
Свертывание

Наблюдение свертывания массивных черных дыр маловероятно, так как огромная гравитация существенно замедляет время у горизонта событий (относительно земного наблюдателя)

Обнаружение по косвеным признакам

По обращающимся газопылевым облакам

По излучению от газопылевых облаков в рентгеновском диапазоне можно измерить массу объекта в центре вращения, а по массе сделать вывод, является ли этот объект черной дырой.
Метод гравитационного возмущения.

Определение по гравитационному влиянию на окружающие тела и изменению траекторий движения космических объектов, облаков газа, звезд.
Гравитационное линзирование

Метод, основанный на том, что гравитация искривляет пространство, и свет должен следовать по этой искажённой траектории.

Сценарии возникновения

Первый

Гравитационный коллапс (катастрофическое сжатие) достаточно массивной звезды на конечном этапе её эволюции
Второй

Коллапс центральной части галактики или протогалактического газа. Современные представления помещают огромную чёрную дыру в центр многих, если не всех, спиральных и эллиптических галактик.
Третий

В рамках теории рассматривается образование первичных черных дыр на ранней стадии развития Вселенной в результате Большого взрыва.
Четвертый

Возникновение чёрных дыр в ядерных реакциях высоких энергий — квантовые чёрные дыры. Подобные реакции можно проводить и в лабораториях/адронных коллайдерах.

Виды черных дыр

Звездной массы

Объекты, образованные от гравитационного сжатия или коллапса угасающих звезд.
Сверхмассы

Большие дыры с невысокой плотностью и слабыми приливными силами, образующие ядра большинства галактик.
Первичные

Гипотетический тип сверхобъекта с небольшой массой, появившийся сразу после Большого взрыва при высоких значениях температуры и давления.
Квантовые

Микроскопические черные дыры, образованные в результате ядерных реакций.