Вісник НАН України. 2014. № 11. С. 26-31.
https://doi.doi.org/10.15407/visn2014.11.026

ЖИЛЯЄВ Борис Юхимович –  
кандидат фізико-математичних наук,
завідувач лабораторії швидкоплинних процесів у зорях
Головної астрономічної обсерваторії НАН України

РЕЛІКТОВІ ЧОРНІ ДІРИ (СИНГУЛЯРНІ ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ)

В астрономії є химери, подібні до чудовиська грецької міфології, народженого Єхидною і Тифоном, тератоморфної істоти з трьома головами, що вивергають полум’я. Це реліктові чорні діри, первістки Всесвіту, що з’явилися на світ раніше, ніж атоми. Вони поєднують у собі маси в мільярди тонн і розмір електрона й підпорядковуються законам не класичної, а квантової фізики. На відміну від класичних чорних дір вони випромінюють, в екстремальних випадках, сотні мегават енергії. Їхні температури можуть сягати сотень мільярдів градусів. У Всесвіті їх може бути в мільйони разів більше, ніж зірок. «Може бути» – тому що вони, як і класичні чорні діри, з’явилися на світ на «кінчику пера» теоретиків. З тією лише відмінністю, що класичні чорні діри ми вже спостерігаємо, а квантові – ще ні.

Ключові слова: реліктові чорні діри, квантові чорні діри, сингулярні джерела енергії.

Сьогодні вже нікого не здивуєш чорними дірами. Вони впевнено посіли своє місце у фантастичних фільмах та наукових буднях. Космічний телескоп Хаббла демонструє на своїх знімках сліди цих невидимок у далеких галактиках. А численні спостереження на найбільших наземних телескопах показують, як цілий рій зірок описує еліптичні орбіти навколо деякого невидимого об’єкта в центрі нашої Галактики. Нині навіть школяр може розрахувати, що цей невидимий об’єкт має масу приблизно в мільйон сонячних мас. Чорні діри в центрах галактик стали буденною річчю. Проте інтрига не зникла. На горизонті з’явилися нові «монстри»: темна матерія і темна енергія. Спочатку їх передбачили, як колись у 30-ті роки передбачили чорні діри. Потім довели, що «монстри» існують, і в 2011 р. двом астрономам за це доведення навіть вручили Нобелівську премію. Однак ситуація з «монстрами» не прояснилася. А на другому плані, за лаштунками, продовжують ховатися інші загадки. Їх пов’язують з реліктами, залишками найдавніших епох, що утворилися в перші миті народження Всесвіту.

Як зауважив Артур Кларк, будь-яка досить розвинена теорія скидається на магію. Теоретичні медитації космологів, що вивчають питання походження Всесвіту, якнайкраще підтверджують його слова. Стівен Хокінг із Кембриджського університету в 1971 р. передбачив, що гравітаційно пов’язані об’єкти, які сформувалися в ранньому Всесвіті, могли б накопичуватися в центрі зірок, подібних до нашого Сонця. Ці гіпотетичні утвори, що нагадують за будовою чорні діри гранично малих мас, дістали назву реліктових чорних дірХокінг не став розвивати свою ідею далі, інші космологи – Д. Лін, Б. Карр, Д. Пейдж, Дж. МакГіббон, Р. Чаплін, Н. Райт – продовжили роботу в цьому напрямі. Їхні дослідження показали, що реліктові чорні діри могли утворитися в часи радіаційної ери, коли вік Всесвіту не перевищував 10-4 с, а густина перевершувала густину атомних ядер. Група московських космологів (Зельдович, Новиков) ще в 70-ті роки припустили, що реліктові чорні діри могли утворюватися на ранній стадії Всесвіту поблизу космологічної сингулярності з флуктуацій метрики. Однак питання про маси реліктових чорних дір залишалося відкритим аж до сьогодні. Знамените відкриття Хокінга процесу випаровування чорних дір обмежило їхню масу знизу на рівні приблизно 1015 г (один мільярд тонн). Це маса куба води розміром близько кілометра. Однак якщо його стиснути до розміру чорної діри, то він буде не більший за розмір електрона (10-13 см). Було показано, що чорні діри з масою, меншою за 1015 г, не можуть існувати через процес квантового випаровування. Наблизившись до цієї фатальної границі, вони вибухають. При цьому виділяється енергія, яку Сонце випромінює впродовж приблизно шести хвилин. Основна маса випромінювання складатиметься з гамма-квантів з енергією кілька десятків мільйонів електрон-вольтів. Виникнення і загибель реліктових чорних дір – інтриги, народжені на «кінчику пера». Ці події ніхто ніколи не спостерігав, однак їх можна розрахувати й описати з вражаючою точністю.  Повний текст (PDF).