Чёрная дыра славится тем, что ничего не выпускает наружу. И всё же в 1974 году Стивен Хокинг показал: совершенно чёрной она быть не должна. Если расчёт верен, самый надёжный космический сейф понемногу теряет содержимое.
2. Откуда берётся излучение
В классической общей теории относительности горизонт событий пропускает материю и свет только внутрь. Но квантовые поля ведут себя сложнее: даже вакуум не является абсолютно пустым.
Расчёт Хокинга показывает, что далёкий наблюдатель должен регистрировать тепловое излучение. Энергия уходит наружу, а энергия эквивалентна массе. Следовательно, масса чёрной дыры уменьшается.
Популярный рассказ о паре частиц, одна из которых падает внутрь, а другая улетает, полезен как наглядная картинка. Строгое объяснение опирается на квантовую теорию поля в искривлённом пространстве-времени.
3. Почему мы этого не замечаем
Температура Хокинга обратно пропорциональна массе: чем тяжелее чёрная дыра, тем она холоднее. У объекта массой с Солнце температура составляет лишь около шестидесяти миллиардных долей кельвина.
Это намного холоднее реликтового излучения Вселенной с температурой около 2,7 кельвина. Поэтому современные чёрные дыры получают из окружающего пространства больше энергии, чем теряют.
Чем меньше масса, тем выше температура и быстрее потеря вещества. Гипотетическая первичная чёрная дыра небольшой массы могла бы завершить жизнь вспышкой высокоэнергетического излучения. Убедительного наблюдения такого финала пока нет.
4. Сколько длится исчезновение
В простейшей модели время испарения растёт как куб массы. Для невращающейся чёрной дыры солнечной массы оценка находится около 10 в 67-й степени лет.
Возраст Вселенной — примерно 10 в 10-й степени лет. Разница столь велика, что привычные сравнения перестают помогать. Даже чёрные дыры звёздной массы переживут эпоху существования обычных звёзд.
На последних стадиях маленькая чёрная дыра становится горячее и теряет массу быстрее. Но именно тогда требуется полноценная теория квантовой гравитации, которой у физиков пока нет.
5. Что говорит наука
Подтверждено теоретически: результат Хокинга следует из объединения квантовой теории поля с классическим искривлённым пространством. Он тесно связан с термодинамикой чёрных дыр.
Непосредственно излучение Хокинга от астрофизической чёрной дыры не обнаружено. Сигнал слишком слаб на фоне космического излучения и горячего газа.
Наиболее вероятно, что достаточно изолированная чёрная дыра действительно будет терять массу, когда окружающий фон станет холоднее неё. Однако вопрос о последней стадии остаётся открытым: исчезнет ли она полностью, сохранится ли остаток и что произойдёт с информацией о поглощённом веществе?
6. Итог
Так может ли чёрная дыра испариться? По лучшей современной теории — да, но для известных чёрных дыр это процесс дольше почти любого мыслимого космического срока. Вселенная не торопится закрывать этот счёт.
Предложите в комментариях, какой парадокс разобрать следующим.
