Что такое радиус Шварцшильда
В 1916 году, всего через несколько месяцев после публикации Эйнштейном уравнений поля общей теории относительности, немецкий физик Карл Шварцшильд нашёл первое точное решение. Оно описывало гравитационное поле вне сферически симметричной невращающейся массы — и обнаружило замечательную границу: горизонт событий. Радиус этой границы теперь называется радиусом Шварцшильда.
Формула элегантно проста: Rs = 2GM/c². Она говорит нам, что для любой массы существует критический радиус, ниже которого вторая космическая скорость превышает скорость света. Сожмите любой объект до его радиуса Шварцшильда — и он станет чёрной дырой.
Масштаб и интуиция
Радиус Шварцшильда линейно растёт с массой. Чёрная дыра в 10 солнечных масс имеет горизонт событий около 30 км — достаточно компактный, чтобы уместиться в городе. Но Стрелец A*, сверхмассивная чёрная дыра в центре нашей Галактики массой 4 миллиона солнечных, имеет горизонт событий около 12 миллионов км — примерно 17 радиусов Солнца.
Крупнейшие известные чёрные дыры, такие как TON 618 массой 66 миллиардов солнечных, имеют горизонты событий почти в 1300 а.е. — значительно больше всей Солнечной системы. На таких масштабах средняя плотность внутри горизонта событий может упасть ниже плотности воздуха.
Парадокс плотности
Одно из самых контринтуитивных свойств чёрных дыр: средняя плотность уменьшается с ростом массы. Чёрная дыра звёздной массы имеет плотность, превышающую плотность ядерной материи (10¹⁷ кг/м³), но сверхмассивная чёрная дыра может иметь среднюю плотность ниже плотности воды. Это значит, что в принципе можно создать чёрную дыру из достаточно большого облака обычной материи — без экзотического сжатия.
За горизонтом событий
Радиус Шварцшильда отмечает точку невозврата, но это не физическая поверхность. Нет ни стены, ни барьера — лишь математическая граница в пространстве-времени, за которой все пути ведут внутрь, к сингулярности. Для далёкого наблюдателя падающий к чёрной дыре объект замедляется и краснеет, асимптотически приближаясь к горизонту, но никогда его не достигая. Для самого падающего наблюдателя пересечение происходит за конечное собственное время и может остаться незамеченным — особенно для сверхмассивных чёрных дыр, где приливные силы на горизонте слабы.