ТОЧКА НЕВОЗВРАТА
Горизонт событий — это воображаемая сферическая поверхность вокруг сингулярности чёрной дыры. В этой точке вторая космическая скорость становится равной скорости света.
Поскольку ничто во Вселенной не может двигаться быстрее света, любой объект, пересёкший эту границу, обречён падать в центр дыры. Для внешнего наблюдателя время на горизонте останавливается, и падающий объект застывает навечно, постепенно краснея и исчезая.
Если сжать всю массу Земли в чёрную дыру, её горизонт событий был бы размером с шарик для пинг-понга (~9 мм).
Солнце стало бы чёрной дырой с радиусом всего около 3 километров, сохранив при этом свою гравитацию для планет.
Сверхмассивная чёрная дыра в галактике M87 имеет радиус горизонта событий больше всей Солнечной системы.
При приближении к горизонту событий гравитационный градиент становится настолько сильным, что возникает спагеттификация — объект растягивается в направлении к чёрной дыре и сжимается в перпендикулярных направлениях.
Для чёрных дыр звёздной массы приливные силы на горизонте событий разрушительны — любой объект будет разорван на атомы ещё до пересечения границы. Однако для сверхмассивных чёрных дыр приливные силы на горизонте относительно слабы, что позволяет пересечь его без разрушения.
Точка, где приливные силы становятся смертельными, называется пределом Роша. Для Стрельца A* он находится далеко за пределами горизонта событий, а для чёрной дыры в M87* — практически на самом горизонте.
Согласно общей теории относительности, время замедляется в сильном гравитационном поле. Для наблюдателя на безопасном расстоянии часы падающего объекта будут всё медленнее идти по мере приближения к горизонту событий.
На горизонте событий время останавливается полностью — с точки зрения внешнего наблюдателя. Сам падающий объект не замечает этого замедления и пересекает горизонт за конечное собственное время. Для него время продолжает течь нормально.
Этот эффект подтверждён экспериментально: часы на спутниках GPS работают быстрее на 38 микросекунд в день из-за более слабого гравитационного поля по сравнению с поверхностью Земли. Вблизи горизонта событий этот эффект был бы бесконечно большим.
В 1974 году Стивен Хокинг показал, что горизонты событий не полностью чёрные. Из-за квантовых эффектов они испускают слабое тепловое излучение с температурой, обратной массе чёрной дыры.
Для чёрной дыры массой Солнца температура излучения Хокинга составляет всего 60 нанокельвин — холоднее космического микроволнового фона. Сверхмассивные чёрные дыры ещё холоднее. Только микроскопические чёрные дыры могли бы иметь заметную температуру.
Это излучение приводит к медленному испарению чёрных дыр. Чёрная дыра массой Солнца испарилась бы за 10^67 лет — гораздо дольше возраста Вселенной. Излучение Хокинга — одно из немногих соединений общей теории относительности и квантовой механики.
Прямое наблюдение горизонта событий стало возможным только в 2019 году с помощью телескопа Event Horizon Telescope. Учёные получили первое изображение тени чёрной дыры в галактике M87 — тёмного круга на фоне светящегося аккреционного диска.
Размер тени примерно в 2.6 раза больше радиуса Шварцшильда из-за гравитационного линзирования — свет искривляется вокруг горизонта, создая характерное кольцо. В 2022 году было получено изображение Стрельца A* в центре нашей галактики.
Будущие миссии, такие как Event Horizon Explorer, позволят получить более детальные изображения и даже "фильмы" динамики газа вблизи горизонтов событий. Это откроет новые возможности для проверки общей теории относительности в экстремальных условиях.
Нет, горизонт событий — это точка невозврата. Даже свет не может покинуть эту область. Любой объект, пересёкший горизонт, неизбежно падает в сингулярность.
Это нерешённая проблема — "парадокс информации". Квантовая механика требует сохранения информации, но общая теория относительности допускает её уничтожение в сингулярности. Излучение Хокинга может нести информацию, но механизм не до конца понятен.
По аналогии с морским горизонтом — это граница того, что мы можем видеть. Как за морским горизонтом скрыты объекты, так и за горизонтом событий скрыты все события внутри чёрной дыры от внешнего наблюдателя.
Да, у вращающихся чёрных дыр (Керра) есть два горизонта: внешний и внутренний. Между ними существует "эргосфера", где невозможно оставаться неподвижным. Это позволяет извлекать энергию из вращения чёрной дыры (процесс Пенроуза).