Последние мгновения

Последние секунды черной дыры весьма впечатляющи. Когда масса и размер черной дыры уменьшаются, ее температура и скорость испарения постепенно увеличиваются. Когда масса черной дыры уменьшается до массы большого астероида, ее температура Хокинга аналогична комнатной температуре, и она излучает слабый свет в инфракрасном диапазоне. Излучив еще девяносто пять процентов своей массы, поверхность черной дыры становится такой же горячей, как Солнце. Черная дыра с температурой Солнца — интересный объект, особенно в эту тусклую предпоследнюю эпоху. Гравитация такой черной дыры, имеющей массу в 10²² граммов, не показалась бы вам особенно сильной, если бы вы не рискнули подойти достаточно близко. Если бы вы парили в десяти километрах над горизонтом событий, сила гравитации находящейся под вами черной дыры была бы чуть меньше силы гравитации, действующей на поверхности Земли. С этого расстояния в десять километров черная дыра с температурой Солнца напоминала бы тусклую звезду в ночном небе. Эту звезду невозможно было бы увидеть невооруженным глазом, но с помощью большого телескопа она была бы видна как бледная белая точка, покачивающаяся в темноте.

Даже относительно горячая черная дыра живет долго. Черная дыра с температурой Солнца проживет 10³² лет. На протяжении большей части этого времени испаряющаяся черная дыра испускает, главным образом, безмассовые частицы типа нейтрино и фотонов. Из черной дыры также появляется небольшая примесь гравитонов — безмассовых частиц, переносчиков гравитационной силы. По мере того как масса черной дыры постепенно утекает в пространство, увеличивается как ее температура, так и скорость ее испарения. С приближением конца черная дыра становится ослепительно яркой, а окончательное исчезновение этого объекта происходит во вспышке. В последнюю секунду своей жизни черная дыра преобразует в лучистую энергию почти миллион килограммов вещества. Угасая, черная дыра производит не только безмассовые частицы. Из горизонта событий появляются и более тяжелые частицы, включая электроны, позитроны, протоны и антипротоны. В самые последние мгновения образуется также множество экзотических частиц, включая, возможно, слабо взаимодействующие массивные частицы, населяющие современные гало галактик.

Взрывной выброс, который черная дыра дает в последнюю секунду своего существования, в миллиард раз мощнее бомбы, которая была сброшена на Хиросиму. Результирующий взрыв создает такое количество энергии, главным образом, в виде гамма-лучей, которое можно наблюдать с расстояния во много световых лет. Астрономы «обшарили» все небо в поисках подобных всплесков гамма-излучения и пока что не обнаружили никаких свидетельств взрывов черных дыр. Таким образом, в настоящее время мы питаем относительную уверенность в том, что сегодня существует очень мало маленьких черных дыр (если и существует вообще). Вселенной придется терпеливо прождать шестьдесят семь космологических декад, прежде чем звездные черные дыры начнут тратить свою массу и, в конечном итоге, породят первые взрывы черных дыр.

Большинство чрезвычайно тяжелых частиц, которые рождаются во время гибели черной дыры, также имеют чрезвычайно короткое время жизни: им отпущено гораздо меньше секунды. Эти массивные частицы исчезают почти сразу после своего рождения. Электроны и позитроны, образующиеся во взрыве, живут гораздо дольше. Более того, образование во время гибели черной дыры протонов и антипротонов приведет к локализованному возрождению физических процессов, связанных с обычным барионным веществом. Поскольку протоны и антипротоны образуются почти в равных количествах, кончина черной дыры отмечена послесвечением гамма-лучей, образующихся в результате аннигиляции вещества и антивещества. Через некоторое время, когда стихнет «треск» гамма-лучей и рассеются прочие «отходы», странные случайные совокупности протонов и электронов, быть может, приведут к простым химическим реакциям, в результате которых, возможно, образуются редкие крупинки молекулярного водородного льда. Этим крошечным реликтам высокоэнергетических дней эпохи распада суждено распасться посредством тех же механизмов, из-за которых во Вселенной чуть раньше возник дефицит протонов. В шестьдесят седьмую космологическую декаду время жизни протона — несущественное мгновение вселенских логарифмических часов. Эти периодические моменты возрождения протонной физики — всего лишь мимолетные и преходящие события, которые вечно увеличивающиеся временные эпохи лишают всякого значения.

Если за время своей жизни черная дыра приобретает суммарный электрический заряд, она может избежать столь оскорбительного полного испарения. Закон о сохранении заряда запрещает превращение всей массы электрически заряженной черной дыры в излучение. Когда черная дыра становится настолько мала, что ее массу-энергию можно сравнить с электростатической энергией, получаемой от ее заряда, испарение Хокинга прекращается раньше положенного времени. Экстремальные черные дыры, которые образуются в результате этого, явно не имеют способа избавиться от оставшейся у них массы. Эти странные карлики вполне могут жить вечно.

Теперь представьте себе, что вы появились в случайной точке Вселенной в шестьдесят седьмую космологическую декаду, когда звездные черные дыры постепенно приближаются к своей гибели. Если пространство имеет плоскую геометрию, типичное расстояние между отдельными черными дырами невероятно велико — около 10⁴³ световых лет, что в 10³³ раза больше размера Вселенной в наше время. Несмотря на то, что энергия, образующаяся в процессе испарения черных дыр, обычно невелика по земным меркам, это излучение служит главной движущей силой в нищую эпоху черных дыр. Темные, тусклые и практически невыразительные пустоты перемежаются редкими вспышками, относящимися к диапазону в миллиарды килотонн. Эти мимолетные, но мощные всплески разделены почти непостижимо огромными промежутками пространства, времени и безмолвия.