Чорна діра та біла діра: Це не справжні діри (але безперечно космічні допитливці!)

Будьмо абсолютно ясні: незважаючи на їх трохи оманливі назви, ні чорні діри, ні білі діри не є буквальними «дірами». По суті, це об’єкти (або у випадку білих дір — гіпотетичні явища), яким ми, люди, дали «яскраві» імена. Чому? Бо астрономія любить трохи поетичної приправи!

Чорні діри: Не діра, а надзвичайно щільний об’єкт

Термін «чорна діра» може створити враження, що це ніби космічний зливний отвір, який затягує все всередину, але насправді це надзвичайно щільний фізичний об’єкт. Уявіть, що вся маса зірок (або кількох зірок, якщо хочете щось більше) стиснута в такий малий об’єм, що гравітація не дозволяє світлу відбиватися від поверхні. Будь-який фотон, що наближається надто близько, просто застрягає.

Чому в назві слово «чорна»? Просто: якщо світло не може втекти, ми не можемо його побачити у відбитті — тому об’єкт виглядає чорним на космічному фоні. А «діра»? Історично люди вважали, що щось, що може ув’язнити матерію і світло, має бути безоднею. Але заспокойтеся, це не чарівні ворота в нікуди; це фізичний об’єкт з надзвичайно сильною гравітацією.

Білі діри: «Зоряного типу» об’єкти, які ми називаємо дірами

Тепер перевернемо ситуацію: якщо «чорна діра» поглинає все світло і матерію, «біла діра» була б чимось, що вільно випромінює світло і матерію. Але ось і цікавинка: це звучить як зірка — світний газовий кулю, що випромінює енергію назовні. Насправді ми можемо прикидатися, що не знаємо, звідки береться матерія (тобто космічне паливо), і просто сказати, що вона весь час випромінює енергію. Ось вам «біла діра» — по суті так поводяться зірки.

Формально в теоретичній фізиці «біла діра» вважається цікавим аналогом чорної діри (зустрічається в певних математичних розв’язках), але насправді це просто будь-яка світна зірка, що випромінює енергію. Жодних екзотичних фізичних трюків — жодних міжвимірних пекарень, що роздають безмежні круасани.

Аналогія космічної «пекарні» (але до темної енергії не лізьмо)

Люди часто порівнюють гіпотетичну білу діру з пекарнею, яка чарівним чином виробляє булочки без тіста. Це гарний (і апетитний) образ, але він по суті більше відповідає концепції темної енергії — а це вже зовсім інша космічна «купка черв’яків» (або космічні круасани), яку тут не розглядатимемо. Ми любимо жарти, але дотримуємося порядку.

Насправді зірка (цей джерело енергії) має свій внутрішній запас «палива» — водень, гелій тощо — тож вона не створює енергію ex nihilo («з нічого»). Іншими словами, це не пекарня без борошна; це добре забезпечена космічна кухня. Отже, біла діра у чисто теоретичному сенсі все ще залишається більше математичною цікавинкою, ніж повсякденним астрофізичним об’єктом.

Чому це і смішно, і надзвичайно важливо

Весела частина: люди люблять давати речам драматичні назви. «Чорні діри» не є справжніми дірами, «білі діри» можуть бути дивно описаними світними зірками, а «темна енергія» іноді включається в аналогії з булочками. Астрономи справді мають схильність до театральності — зачекайте, поки почуєте про «спагетіфікацію».

Важлива частина: усвідомивши ці космічні факти, ми розвіюємо таємницю про Всесвіт. Коли розуміємо, що чорні діри — це надзвичайно щільні небесні тіла, а не фантастичні портали, а білі діри — по суті теоретичні випромінювачі енергії (по суті схожі на зірки), можемо зосередитися на справжній науці: вимірюванні гравітаційних хвиль, фотографуванні «тіней» чорних дір і розгадуванні загадки великого енергетичного кругообігу Всесвіту.

Заключні думки: Ніяких справжніх дір у цій історії

Зрештою чорні діри — це надзвичайно компактні об’єкти, що керують гравітаційними силами, які не дозволяють світлу втекти, а білі діри (строго кажучи, у теорії) більше нагадують величні математичні зірки, ніж справжні діри. Наша улюблена «пекарська аналогія» може змусити подумати про темну енергію, але це вже інша космічна історія.

Отже, чорні та білі діри можуть мати оманливі назви, але вони чудово розкривають крайнощі Всесвіту: з одного боку — матерія ув’язнена, з іншого — енергія випромінюється. І хіба це не ідеальна космічна комедія? Ми відкриваємо найбільші таємниці Всесвіту, лише щоб дізнатися, що «діра» — це лише мовна фігура. Наука може бути надзвичайно веселою — і саме тому вона така важлива.

Додаткові джерела & Космічні жарти

• Event Horizon Telescope: Справжні зображення чорних дір (дивіться, мамо — жодного відбитого світла!)
• LIGO Scientific Collaboration: Гравітаційні хвилі від зіткнень «не-дір»
• Основна фізика зірок: Будь-яка зірка по суті є «білою дірою» з ядерною «кухнею»
• Темна енергія: «Безодня пекарня» Всесвіту, але залишимо її осторонь!