Какие размеры могут быть у черных дыр?

Представьте себе любой предмет. Если к нему приложить достаточно усилий, то вы сможете уменьшить этот объект в размерах, сжав его.

Когда вы это делаете, гравитация на поверхности объекта становится сильнее. Чем меньше становятся объекты при одинаковой массе, тем сильнее становится их гравитационное притяжение.

Что произойдет, если Солнце станет настолько маленьким, что его радиус будет меньше нескольких километров? Его поверхностная гравитация при этом станет настолько большой и мощной, что ничто рядом с этим объектом не может ускользнуть, даже не свет. Это и будет черная дыра.

Какие могут быть размеры у черных дыр?

Астрономы используют термин горизонт событий или радиус Шварцшильда, который является радиусом воображаемой сферы, определяющей точку невозврата — то есть самой черной дыры.

Если объект пересекает горизонт событий, он попадает в черную дыру и уже никогда не сможет вернуться наружу. С технической точки зрения радиус горизонта событий определяется как радиус, при котором скорость убегания от черной дыры равна скорости света.

Таким образом, даже свет не может вырваться из гравитационного поля черной дыры, если он пересекает горизонт событий. А как насчет массы, упавшей в черную дыру? Предположительно, она достигает точки бесконечно малого размера и бесконечной плотности, сингулярности.

Размер горизонта событий зависит от массы черной дыры. Чем массивнее черная дыра, тем больше ее радиус.

Горизонт событий составляет 3 километра для Солнца (1 M☉) или любого объекта массой в одну солнечную массу.

Для более массивных черных дыр размер горизонта событий увеличивается линейно; черная дыра массой в десять солнечных будет иметь 30-километровый горизонт событий.

Или, другими словами, если сжимается объект с массой в десять солнечных (10 M☉), он должен коллапсировать в 30-километровую область, чтобы образовалась черная дыра и горизонт событий.

Черная дыра средней массы — это класс черных дыр с массой в диапазоне 10² —10⁵ масс Солнца: значительно больше, чем у звездных черных дыр, но меньше, чем у сверхмассивных черных дыр. Средний размер такой черной дыры будет равен примерно радиусу Земли (~6400 км).

Сверхмассивная черная дыра — это тип черной дыры, масса которой может превышать массу Солнца в миллионы или миллиарды раз (10⁵ – 10¹⁰ M_☉). Размер такой черный дыры может варьироваться от 0.001 до 400 астрономических единиц (от 150 тыс. до 60 млрд. км).

Микро-черные дыры, также называемые мини-черными дырами или квантово-механическими черными дырами, представляют собой гипотетические маленькие (<1 M☉) черные дыры. Концепция о том, что могут существовать черные дыры, масса которых меньше массы звезды, была введена в 1971 году Стивеном Хокингом. Чёрная дыра с массой, равной массе Земли, обладала бы радиусом Шварцшильда около 9 мм. При массе Луны, размер такой черной дыры был бы равен 0,1-0,2 миллиметра.

И наконец, планковская черная дыра — это гипотетическая черная дыра с минимально возможной массой, которая равна планковской массе. Масса у нее будет порядка 10⁻⁵ грамм (планковская масса), а радиус — 10⁻³⁵ м (планковская длина).

Плотность вещества такой чёрной дыры будет составлять около 10⁹⁴ кг/м³ и, возможно, является максимальной достижимой плотностью массы.