Есть довольно интересный вопрос:

— Как вообще формируется чёрная дыра?

Казалось бы, ответ напрашивается сам собой — коллапс, однако коллапс — это лишь самый известный и простой способ формирования чёрных дыр. Когда звезда отживает своё, то у неё заканчивается водород, что означает, что термоядерные реакции в ядре идти больше не могут, то есть звезда уже не может поддерживать свою постоянную форму и противодействовать гравитации, сжимающую её. После этого происходит сброс внешних оболочек и собственно коллапс. После него звезда, будучи достаточно массивной как твоя мама превращается в сингулярность с горизонтом событий, а если сколлапсированный гигант не настолько жирный, чтобы превысить предел Оппенгеймера — Волкова, то он превращается в нейтронную звезду. Но это механизм образования обычной маленькой чёрной дыры (3—6 масс Солнца — нижняя оценка массы чёрной дыры), описываемой уравнением Шварцшильда. Если чёрная дыра поест ближайших соседей (и деда), то она разрастётся прямо как ты, решив похудеть к лету, однако сколько бы она ни ела, она не сможет стать сверхмассивной чёрной дырой — дырой, наподобие той, которая находится в центре нашей галактики. Сверхмассивная чёрная дыра имеет массу около 10⁵—10¹⁰ масс Солнца, что очень много, однако сверхмассивная мамка-дыра всё-таки не так интересна, как твоя как первичная чёрная дыра или чёрная дыра-электрон.

Чёрная дыра Шварцшильда

Самая простая и самая классическая чёрная дыра, которую мы видим в книжках, изучаем первым делом, если нам захотелось изучать чёрные дыры — чёрная дыра Шварцшильда. Это нестареющая классика, состоящая из горизонта событий и сингулярности. При её поверхностном изучении может показаться, что она совершенно неинтересна, так как до невозможности проста: она не вращается и никак не заряжена, а также к ней можно применить изичные формулы радиуса и плотности(!) чёрной дыры:

r_s = 2GM/c² — радиус

ρ = 3c⁶/32πM²G³ — плотность

Однако при её более близком рассмотрении вас засосёт можно узнать очень много интересного, так как с ней связано много заблуждений. В этой чёрной дыре всё просто, потому что она не использует суперсложные механизмы существования, то есть её не нужно описывать в каких-то никому не понятных координатах или использовать какое-нибудь тензорное исчисление, которое чуть менее чем никто не понимает. Безусловно, если захотеть залезть в чёрную дыру совсем глубоко и начать понимать что и как она мутит, то надо будет обязательно переходить к сложной математике, но мы этого делать не будем и опустим метрики чёрных дыр.

Чёрная дыра Рейснера — Нордстрёма

Теперь мы перейдем к малоизвестным чёрным дырам и первая из них — чёрная дыра Рейснера — Нордстрёма — невращающаяся заряженная чёрная дыра. Если быть честным, то в действительности эта чёрная дыра существовать не может, так как чёрная дыра не может иметь какой-либо заряд, однако это решение вполне согласуется с ОТО, поэтому если вдруг исследования, отрицающие существования таких чёрных дыр, окажутся неверными, и такие чёрные дыры существуют, то они должны будут описываться этой формулой. Кек этих дыр в том, что они сосут не только за счёт гравитации, но и за счёт заряда, поэтому можно провести аналогию массы с зарядом и написать формулу радиуса для заряда:

r²_q = q²G/4πε₀c⁴

Эта чёрная дыра, как и шварцшильдовская, имеет горизонт Коши, после которого происходит какой-то бред.

Чёрная дыра Керра

Бывает так, что классическом образовании чёрной дыры что-то идёт не так, и она начинает вращаться. Ну как бы вращается и вращается — что такого? А всё дело в том, что при вращении сингулярность оголяется, появляется два горизонта событий, а также становится виден горизонт Коши. Эта чёрная дыра имеет эргосферу и предел статичности (это не 2 горизонт событий) — местах, где объект не сможет покоиться и будет вынужден лететь по ходу вращения чёрной дыры. Вот как выглядит чёрная дыра Керра при увеличении или уменьшении скорости вращения:
Обратите внимание, что при a = 1 внутренний и внешний горизонты совпадают, что означает, что образовалась голая сингулярность.

По мнению астрофизиков, такая чёрная дыра не должна существовать, так как есть шанс того, что она может быть очень быстро раскрученной, вследствие чего она нарушит принцип космической цензуры, чего быть, скорее всего (а именно в рамках теории относительности), не должно.

Черная дыра Керра — Ньюмена

Если не уходить в сложные формулы, то эта чёрная дыра аналогична предыдущей, только она имеет заряд. Эта чёрная дыра, как и чёрная дыра Керра не должна существовать по той же причине, поэтому мы не будем на ней долго останавливаться.

Чёрная дыра-электрон

Чтобы перейти к этой штуке, нам нужно рассмотреть такое понятие, как «экстремальная чёрная дыра». ЭЧД — это чёрная дыра минимальной массы и максимальной скоростью вращения с максимальным зарядом для черной дыры этой массы, при которых не образуется голая сингулярность. Так вот, дело в том, что Эйнштейн предложил превратить электрон в чёрную дыру путём его сжатия за радиус Шварцшильда. Такая чёрная дыра будет супер-экстремальной, то есть имеющей голую сингулярность, но из-за того, что r_s(e) = 1,353 × 10^-57 м и r_q(e)= 9,152 × 10^-37 м, что меньше планковской длины (ℓ_Р = 1,6 × 10^-35 м), она может иметь другие законы физики.

Виртуальная чёрная дыра

По аналогии с виртуальными фотонами, которые являются нулевыми колебаниями вакуума, есть виртуальные чёрные дыры — штуки, которые выводятся из уравнений Эйнштейна, то есть это уже вполне существующие чёрные дыры. Виртуальная чёрная дыра — это объект с массой Планка (M_P = 2,176 × 10⁻⁸ кг), с временем жизни, равным планковскому времени (t_P = 5,4 × 10^-44 с), а также их распределение должно быть около 1 виртуальной чёрной дыры на 1 планковский объём (V_P = 4,2 × 10^-105 м³). Если это предположение верно, то существует гипотеза, что наше пространство состоит из множества виртуальных чёрных дыр — квантовой пены. Эта квантовая пена очень сильно упрощает физикам-теоретикам жизнь, так как она создаёт такое пространство, с которым проще работать и в котором объясняется его четырёхмерность. Ещё их существование сможет доказать то, что протон рано или поздно распадётся. Но их существование даёт нам не только плюсы, но и огромный минус: ухудшение ситуации с проблемой исчезновения информации в чёрной дыре, потому что виртуальная чёрная дыра потенциально может засосать что-нибудь, а потом перестать существовать, то есть энергия и материя бесследно исчезли.

Первичная чёрная дыра

Представьте Вселенную совсем молодой, когда в ней начали образовываться элементарные частицы. Где-то концентрация этих частиц была больше, и они друг к другу притягивались, образуя чёрную дыру. После этого эта чёрная дыра нормально себе живет, ничем не отличается от остальных дыр кроме возраста и механизма образования. Эти дыры могут объяснить гамма-всплески (тупа выбросы гамма-частиц в разные стороны в большом количестве, ничего особенного) в ядрах далёких галактик, они могут помочь каким-то чудесным образом помочь в понимании тёмной материи, доменной стенки и магнтного монополя, хотя я не понимаю, как эти вещи связаны.

Подводя итог можно сказать, что чёрных дыр намного больше, чем многие из вас думали, они имеют разное строение, размеры, механизмы действия и даже могут отвечать за отдельные физические явления во Вселенной. Большинство из них, скорее всего, не существует, так как всё упирается в принцип космической цезуры, однако есть надежда на то, что когда-нибудь мы сможем изучить эти загадочные чёрные дыры и использовать их в полезных целях.

Спасибо за то, что вы с нами.
С любовью, Рителлинг favorite