Ви, звичайно ж, чули, що чорна діра - це страшний монстр космосу. Вона безповоротно проковтує все, що знаходиться навколо неї.
Однак це не зовсім так. Тому що істотна частина матерії не безпосередньо падає в неї. Вона обертається навколо чорної діри на якійсь певній орбіті. І в процесі цього обертання частинки речовини стикаються. При цьому вони обмінюються енергією. І більша їх частина фактично викидається за межі небезпечної зони.
З'їмо все. І всіх
Тому, насправді, чорні діри ростуть не дуже швидко. Проте вони здатні поглинати цілі зірки і гігантські кількості газу і пилу. І може здатися, що їх маса може збільшуватися до нескінченності.
Однак, насправді, і цей процес має межу.
Найцікавіша деталь чорної діри - це так званий горизонт подій. Це точка неповернення для всього, що його перетинає. Навіть світла.
Але є ще один важливий поріг, про який Ви, ймовірно, не чули. Він називається найбільш внутрішня стійка кругова орбіта. Або ISCO.
У випадку з чорною дірою це внутрішній край акреційного диска. Це диск з матерії, що обертається навколо чорної діри.
Це місце - останній рубіж для найшвидшого, що є у Всесвіті - світла. Тут лише тільки він може підтримувати стабільну орбіту. Все, що має масу, або меншу швидкість на такій відстані, почне неминуче падати вниз. Як вода в каналізацію. Технічно, в цьому місці світло ще не подолало точку неповернення. Тому що якщо він отримає хороший додатковий імпульс, то зможе покинути подібну орбіту. Але якщо цього не станеться, він приречений зрештою подолати безповоротно горизонт подій.
Оскільки чорна діра весь час їсть і стає все більш масивною, її гравітаційне тяжіння теж стає сильнішим. Тому матерія, що рухаються по орбіті навколо неї на відстані, яка раніше була безпечною, поступово наближається до зони ризику. Це відбувається тому, що ISCO стає все більше.
У міру розширення ISCO чорна діра отримує доступ до все більшої кількості речовини. І їй це подобається. Вона досить хизується, погладжуючи чорне пузо. Адже тепер вона зможе харчуватися ще сильніше. Діра стає все більше. І, відповідно, ISCO розширюється ще сильніше. Це дає чорній дірі ще більше їжі. І так далі. З'являється позитивний зворотний зв'язок.
Але так триває недовго
Так, гравітаційне поле чорної діри стає все потужнішим. В цілому. Однак його щільність починає падати. Оскільки розмір ISCO збільшується швидше, ніж зростає гравітація. І тому, на деякій відстані від горизонту подій, матерія починає відчувати більшу гравітаційну взаємодію між своїми молекулами, ніж тяжіння від чорної діри. Ось чому гігантська газова хмара здатна розпадатися на зірки. І спокійно існувати. Саме тому наша Галактика - не просто один великий акреційний диск, що падає по спіралі в центральну чорну діру.
Таким чином стає ясно, що як тільки чорна діра досягає певної маси, ISCO приймає певне значення. Ні більше, ні менше. Якщо говорити іншими словами, в цей момент вся матерія, яка обертається навколо чорної діри, знаходиться від неї настільки далеко, що може навіть формувати зірки. А зовсім не падає в бездонну прірву.
Так якої ж маси повинна досягти чорна діра, щоб її апетит далі не зміг рости?
У статті, опублікованій у далекому 2015 році, дослідники навели дуже цікаві цифри. Вони підрахували, що теоретично чорні діри можуть набирати вагу від 50 до 270 мільярдів сонячних мас. Це здається дуже великим діапазоном. Але цей розкид пояснюється тим, що деякі чорні діри обертаються. І тому їх ISCO знаходиться ближче до горизонту подій. Це дозволяє чорним дірам їсти більше, перш ніж вони досягнуть максимуму.
Як тільки чорна діра досягає встановленої межі, вона при певних умовах все ж може продовжувати рости. Але тільки якщо щось впаде прямо в неї. Однак це вкрай малоймовірна подія. По суті, в момент досягнення максимальної ISCO, вона більше не росте.
Тому навряд чи наш Всесвіт в результаті буде поглинений якоюсь колосальною чорною дірою. Яка буде сингулярністю в іншому Всесвіті. І там знову вибухне... Швидше за все її розширення просто зміниться стисненням...
