Излучение Хокинга
Этот тип излучения, открытый известным физиком Стивеном Хокингом, значительно усложняет жизнь современным ученым – ведь из-за этого открытия в теории черных дыр появилось немало трудностей. В классической физике существует понятие вакуума. Этим словом обозначается полная пустота и отсутствие материи. Однако с развитием квантовой физики понятие вакуума было видоизменено. Ученые выяснили, что он заполнен так называемыми виртуальными частицами – под воздействием сильного поля они могут превратиться в реальные. В 1974 году Хокинг выяснил, что подобные превращения могут происходить в сильном гравитационном поле черной дыры – возле ее внешней границы, горизонта событий. Такое рождение является парным – появляется частица и античастица. Как правило, античастица обречена на падение в черную дыру, а частица улетает. В результате ученые наблюдают некоторое излучение вокруг этих космических объектов. Оно и получило название излучения Хокинга.
В ходе этого излучения то вещество, что внутри черной дыры, медленно испаряется. Дыра теряет массу, при этом интенсивность излучения обратно пропорциональна величине квадрата ее массы. Интенсивность излучения Хокинга ничтожно мала по космическим меркам. Если предположить, что существует дыра массой в 10 солнц, и на нее не попадает ни свет, ни какие-либо материальные объекты, то даже в этом случае время ее распада будет чудовищно велико. Жизнь такой дыры будет превосходить все время существования нашей Вселенной на 65 порядков.
Вопрос о сохранении информации
Одной из основных проблем, которая появилась после открытия излучения Хокинга, является проблема потери информации. Связана она с вопросом, кажущимся на первый взгляд очень простым: что произойдет, когда черная дыра испарится полностью? Обе теории – как квантовая физика, так и классическая – имеют дело с описанием состояния системы. Обладая информацией о начальном состоянии системы, при помощи теории можно описать, каким образом она будет меняться.
При этом в процессе эволюции информация о начальном состоянии не теряется – действует своего рода закон о сохранении информации. Но если черная дыра испарится полностью, то наблюдатель теряет информацию о той части физического мира, который когда-то попал в дыру. Стивен Хокинг считал, что информация о начальном состоянии системы каким-то образом восстанавливается после того, как черная дыра испарилась полностью. Но трудность состоит в том, что по определению из черной дыры передача информации невозможна – ничто не может покинуть горизонт событий.
Черные дыры как область пространства-времени
Черные дыры еще определяют как область пространства-времени. Сергей Попов объясняет, что все современные теории гравитации — теории геометрические. В них гравитация описывается как свойство пространства и времени. Имеется в виду, что между пространством и временем можно составить уравнение, это взаимосвязанные величины.
С начала ХХ века, с первых работ Эйнштейна по теории относительности, пространство и время объединены в некоторую сущность. Любые тела, не только массивные, но и самые маленькие, искривляют пространство вокруг себя и одновременно влияют на ход времени. Современные измерения позволяют определить, что в одном месте время идет не так, как в другом. Можно провести эксперимент и обнаружить эту разницу.
Визуализация черной дыры
(Фото: NASA)
Черная дыра — это экстремальный способ воздействия на пространство — когда в одном месте собрали так много вещества или энергии, что пространство-время свернулись и образовали специфическую область. Можно говорить, что черная дыра — это объект, но с бытовой точки зрения объект — это что-то имеющее поверхность. Если идти по абсолютно темной комнате, можно наткнуться на стол, это будет объект с началом в конкретной точке. Если в абсолютно темной комнате или с завязанными глазами попасть в черную дыру, невозможно заметить ее границу. Потому что нет никакой твердой поверхности, человек сразу окажется внутри этой области.
Сергей сравнивает такой переход с государственными или областными границами. Если идти по лесу из одной страны в другую, то без указателей и карт невозможно заметить, в какой точке кончается одно государство и начинается другое. Лес в Финляндии ничем не отличается от леса в России, и нет никакой четкой границы, на которую можно наткнуться. И черная дыра — это такая область, где масса свернула пространство-время, и в итоге никакие предметы не могут ее покинуть, как только пересекут границу. Все, что туда попало, навсегда останется за горизонтом.
Футурология
Выход в космос: где в России можно посмотреть на звезды
Черные дыры интересны в первую очередь как экстремальные объекты. Это максимально скрученное пространство-время, и многие эффекты становятся более заметны вблизи черных дыр. Начинают появляться принципиально новые физические феномены.
Визуализация черной дыры
(Фото: NASA)
В теории гравитации стремятся подобраться как можно ближе к этим экстремальным объектам. Поэтому, говорит Сергей, изучение поведения вещества в окрестности черных дыр — очень интересная штука.
Черная правда
Что такое эти черные дыры? Не укладывающаяся в голове физика, абсолютная разрушительная мощь, каким сверхъестественным образом они искажают наши представления о реальности, пространстве и времени?
Может быть, они очаровывают нас просто потому, что они такие крутые.
Рождающиеся в адском сердце сверхновой, возвещающие о своем появлении двойными пучками ярости, не знающими преград, и поглощающие (почти) все, что попадается им на пути, черные дыры прочно сидят в общественном сознании. Им посвящают фильмы, телевизионные передачи, книги, бессчетные статьи и бесконечные дискуссии. И при всем этом восхищении и интересе большинство людей имеют лишь смутное представление о том, что такое черные дыры и какими они обладают способностями.
Но никогда не забывайте — они опасны.
Как обнаружить черную дыру
В конце своей жизни массивные звезды могут превращаться в черные дыры. И на этапе, когда только пытались найти первые черные дыры, возник вопрос: как их можно обнаружить. Первая идея была такой: звезды, особенно массивные, нередко рождаются парами. Одна из таких звезд превращается в черную дыру, и мы перестаем ее видеть. При этом она продолжает существовать. Предполагалось, что мы сможем увидеть вращение соседней звезды вокруг этого невидимого объекта, при помощи вычислений измерить его массу и обнаружить, что в этом месте находится черная дыра.
Сергей Попов рассказывает, что исторически это был первый предложенный способ поиска. С 60-х годов ученые пытались искать их по такому методу, но ничего не обнаружили. Последние пару лет стали появляться возможные кандидаты на звание черных дыр, но ученые пока не уверены, что в паре с обычными звездами находятся именно они.
Визуализация черной дыры
(Фото: NASA)
Если опять обратиться к черной дыре, которая соседствует со звездой, то вещество с обычной звезды может перетекать в дыру. Черная дыра своей гравитацией будет засасывать это вещество. Если представить, что в нее одновременно кинули два камня, они могут столкнуться над горизонтом на скорости почти равной скорости света. При таком столкновении выделится много энергии, которую можно заметить.
Но в звездах не камни, а газ. Когда разные слои газа трутся друг о друга, они нагреваются до миллионов градусов, и это тепло можно увидеть. С помощью такого способа в конце 60-х — начале 70-х годов, когда стали запускать первые рентгеновские детекторы в космос, открыли и первые черные дыры.
Визуализация черной дыры рядом со звездой
(Фото: NASA)
В начале 60-х годов стало ясно, что есть яркие астрономические объекты — квазары. Дословно— «похожий на звезду радиоисточник». Это активные ядра галактик на начальном этапе развития, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры. Обнаружить их можно даже на очень отдаленных расстояниях. В ходе изучения квазаров стало ясно, что это небольшой источник, который находится в центре далекой галактики и при этом испускает много энергии. Попов рассказывает, что когда ученые открывают квазар, они уверены, что там «сидит» сверхмассивная черная дыра. Сейчас это самый массовый способ открытия черных дыр.
Визуализация квазара
(Фото: NASA)
Почти все массивные звезды превращаются в черные дыры, но не все они находятся в двойных системах, или у них нет перетекания. В таком случае дыры ищут другим способом. Сергей рассказывает, что черная дыра сильно искажает пространство-время вокруг себя, но тут важна не столько масса, сколько компактность. Понять это легко, достаточно представить острый предмет. Это предмет с очень маленькой площадью. Если просто ткнуть куда-то пальцем, нельзя проткнуть поверхность, а если с такой же силой надавить на иголку, то проткнется палец, которым на нее давят. Так вот маленькие объекты при той же массе сильнее искривляют пространство-время вокруг себя. Такой эффект называется гравитационным линзированием.
Индустрия 4.0
Как полететь на Луну: самые популярные поисковые запросы на тему космоса
Ученые наблюдают за звездой и вдруг замечают, что ее блеск растет, а потом совершенно симметрично спадает обратно. Со звездой ничего не произошло, но между нами и звездой пролетел массивный объект. И этот массивный объект, искажая пространство-время, собрал световые лучи.
Визуализация черной дыры
(Фото: NASA)
Поэтому кажется, будто возрастает светимость звезды, а на самом деле просто больше ее света было собрано и попало к нам. Звезда с массой десять масс Солнца светила бы очень заметно, ученые бы ее не пропустили. А в таких наблюдениях появляется абсолютно темный объект с массой примерно десять солнечных. Что это может быть? Только черная дыра.
Если есть пара черных дыр, то, сливаясь, они будут порождать гравитационно-волновой всплеск. И в 2015 году впервые были обнаружены такие всплески гравитационного излучения. Это последний на сегодняшний день хороший способ поиска черных дыр.
Визуализация двух черных дыр
(Фото: NASA)
Искривляющие пространство и время
Если посмотреть на черную дыру издалека, она будет похожа на любой другой массивный объект. Пока она прямо перед вами, она подчиняется законам классической механики и ньютоновому закону универсальной гравитации, который гласит, что притяжение между двумя объектами пропорционально их массе и уменьшается с увеличением дистанции. Другими словами, нет гравитационной разницы между R136a1, «голубым» карликом весом в 265 солнц и черной дырой с таким же весом.
Подойдите к черной дыре поближе, чтобы попасть в ее гравитационное поле, и вы столкнетесь с двумя разными наборами правил. С общей теорией относительности Эйнштейна, которая допускает существование черных дыр, искривляющих пространство и время, и экстремальной гравитацией, которая доводит это искривление до крайности.
Если вы хотите изучить черную дыру, не вылезая из космического корабля, вы обнаружите, что чем ближе вы к средоточию огромной массы, тем больше ваши двигатели будут надрываться, чтобы удержать вас на круговой орбите. Сначала небольшие импульсы ракеты смогут стабилизировать ее; но чем дальше, тем больше энергии вам придется тратить, дабы не сойти с орбиты. В итоге только безостановочная работа двигателей ракеты будет отделять вас от всепоглощающего ничто. Впрочем, в фильме «Интерстеллар» — и в этом заслуга Кристофера Нолана и Кипа Торна — эти эффекты были показаны на удивление прилично.
Как только у вас закончится топливо (или вы внезапно решите выключить двигатели), вы пересечете горизонт событий черной дыры, границу, из-за которой не может вернуться даже свет. После этого вам придется ответить за все свои грехи. Ничто не остановит неумолимое движение к сингулярности — ядру бесконечно сжатого пространства и времени, где физика, какой мы ее знаем, сворачивается в клубок и скулит.
По мере вашего продвижения время будет замедляться. Очень сильно. С вашей точки зрения ничего не изменится, но ваши друзья, наблюдающие за вашим трюком, увидят что-то вроде смазанных молний. Но только до горизонта событий — за его пределы не выходит свет, а значит, увидеть вас никто не сможет. Идеальное преступление, не так ли?
Гравитационное искривление времени — явление достаточно обыденное, но слишком слабое, чтобы его можно было заметить. На Земле, к примеру, прожив миллиард лет на уровне моря, вы будете на секунду моложе, чем ваш ровесник, проживший на вершине Эвереста. Говорят, время боится пирамид, но вам придется провести слишком много времени, прислонившись к ней щекой, чтобы ощутить замедление времени в Париже.
В черной дыре время крутится волчком. Когда мы говорим, что падения в сингулярность нельзя избежать, это означает не только неумолимое действие гравитации или искажение пространство. Время в черной дыре сжимается до такой степени, что путь в сингулярность буквально становится вашим будущим. Бегство от сингулярности будет похоже на попытку остановить время.
Что случится с нашей Солнечной системой, если она вдруг испытает на себе гнев черной дыры и попадет в ее водоворот?
Связь с теорией относительности
Черные дыры являются одним из самых удивительных предсказаний А. Эйнштейна. Известно, что сила тяготения, которая создается на поверхности любой планеты, обратно пропорциональна квадрату ее радиуса и прямо пропорциональна ее массе. Для этого небесного тела можно определить понятие второй космической скорости, которая необходима, чтобы преодолеть эту силу тяготения. Для Земли она равна 11 км/сек. Если же масса небесного тела будет увеличиваться, а диаметр – наоборот, уменьшаться, то вторая космическая скорость со временем может превысить скорость света. И поскольку, согласно теории относительности, никакой объект не может двигаться быстрее скорости света, то образуется объект, не дающий ничему вырваться за его пределы.
В 1963 году учеными были обнаружены квазары – космические объекты, являющиеся гигантскими источниками радиоизлучения. Располагаются они очень далеко от нашей галактики – их удаленность составляет миллиарды световых лет от Земли. Чтобы объяснить чрезвычайно высокую активность квазаров, ученые ввели гипотезу о том, что внутри них располагаются черные дыры. Эта точка зрения сейчас является общепринятой в научных кругах. Исследования, которые проводились в течение последних 50 лет, не только подтвердили данную гипотезу, но и привели ученых к выводу о том, что черные дыры есть в центре каждой галактики. В центре нашей галактики также есть такой объект, его масса составляет 4 миллиона солнечных масс. Эта черная дыра носит название «Стрелец А», и поскольку она расположена ближе всего к нам, ее больше всего исследуют астрономы.
Космические Спагетти
Если корабль воображения слишком близко подойдет к черной дыре, то сам корабль и все его пассажиры растянутся как спагетти.
Представьте, что нос корабля смотрит прямо на черную дыру. Поскольку он физически ближе к черной дыре, его будет притягивать к ней сильнее, чем хвост. Хуже придется только пассажирам космического корабля, просто в силу того, что у нас есть руки, ноги и голова: так как руки не находятся в центре тела, то будут притягиваться в несколько ином направлении, чем голова. Это приведет к тому, что части тела ближе к черной дыре будут как бы втянуты внутрь. Конечным результатом станет не только удлинение тела, но и его истончение (сжатие) в середине.
Что будет с человеком в черной дыре
Представьте, что вы астронавт, и как-то одним прекрасным утром, исследуя очередную галактику, подобрались слишком близко к черной дыре. Ваш корабль, оснащенный мощным двигателем, вдруг меняет свой курс и устремляется в сторону маленькой воронки, вокруг которой клокочут струи газа и пыли.
Осознав, что вас затягивает в точку невозврата, вы подаете сигналы бедствия. Но они искажаются гамма-всплесками, которые излучает космическая аномалия, поэтому никто никогда не узнает, что вы звали на помощь.
Вы пытаетесь управлять своим кораблем, а сила гравитации уже буквально разрывает его на части. Сила притяжения растягивает вас, сплющивает, закручивает по спирали, словно спагетти на вилку. Чем больше вы приближаетесь к воронке, тем сильнее вы сжимаетесь по горизонтали и растягиваетесь по вертикали. Скорость этих сжатий и растягиваний тоже возрастает и вам кажется, что вас перемешивают трехмерным космическим блендером.
Но предположим, что вам попалась огромная черная дыра, поэтому сила сжатий и растяжений была не настолько экстремальной, что вам удалось выжить
Не будем брать во внимание и рентгеновские лучи, вырывающиеся из воронки и распространяющиеся на миллионы световых лет
Итак, вы оказались внутри искаженного пространства, в котором даже самые обычные вещи выглядят совершенно по-другому, в разных плоскостях и положениях. Будьте осторожны, здесь что угодно может случиться! И главное, в черной дыре замедляется время.
Вот вы пытаетесь исследовать новое окружающее вас пространство, ищите способы, как выбраться из воронки наружу. Но каждое взятое вами направление ведет вас снова к самому центру ненавистной черной дыры. Фактически вы пересекли горизонт событий и прекратили свое существование для Вселенной.
Что такое горизонт событий черной дыры
Горизонт событий принято считать «точкой невозврата» вокруг черной дыры. Он не является физической поверхностью, а только отмечает границу сферической области, скорость покидания которой равна скорости света. Радиус этой области и принято называть тем самым радиусом Шварцшильда.
Как только вещество оказывается внутри области, ограниченной горизонтом событий, оно начинает «падать» к центру черной дыры. Сильнейшая гравитация сжимает вещество в точку, которая ничтожно мала и обладает бесконечной плотностью. Существует предположение, что известные людям законы физики могут не работать в этой точке.
Что внутри черной дыры: догадки
Некоторые из математиков считают, что внутри этих загадочных объектов Вселенной находятся так называемые червоточины — переходы в другие Вселенные. Иными словами, в точке сингулярности расположен пространственно-временной туннель. Эта концепция послужила источником вдохновения для многих писателей и режиссеров. Однако подавляющее большинство астрономов считают, что никаких туннелей между Вселенными не существует. Однако даже если бы они действительно были, у человека нет никаких способов узнать, что находится внутри черной дыры.
Существует и другая концепция, согласно которой в противоположном конце такого туннеля находится белая дыра, откуда из нашей Вселенной в другой мир через черные дыры поступает гигантское количество энергии. Однако на данном этапе развития науки и техники о путешествиях подобного рода не может быть и речи.
Разновидности черных дыр
В научном мире считают, что эти космические объекты могут быть двух видов: сверхмассивная черная дыра в центральной части всех галактик или тела, которые образовались в результате вспышки сверхновой (смерть массивной звезды). По мнению астрономов в трехкомпонентной системе HR 6819 как раз представлен второй вариант. Единственный способ найти доказательства, что это действительно черная дыра, заключается в следующем: человечеству необходимо подобраться максимально близко к объекту, чтобы исследовать фоновый свет. Если он искривляется, то это действительно она. Такой принцип нахождения доказательств и был использован учеными.
По мнению астрономов, черные дыры, расположенные далеко от нашей планеты, не представляет угрозы для земной жизни. Например, в центре Млечного пути также есть сверхмассивная дыра, которая находится на удаленности в двадцать семь тысяч световых лет от Земли. Но космические тела, образованные в результате гибели массивной звезды, могут быть по-настоящему опасными. Проблема в обнаружении таких объектов заключается в том, что ученые могут найти их исключительно в партнерстве со звездами. Это позволяет заметить «тень» или гравитационные кольца черной дыры вокруг звезд.
На самом деле лишь малая численность таких небесных тел расположена в звездных системах, потому астрономы используют этот прецедент для их поиска. Это значит, что вокруг нашей планеты и других объектов Солнечной системы могут находиться и другие опасные «партнеры», которых до сих пор не удалось обнаружить. Необходимо напомнить, что уничтожить черную дыру невозможно, ведь она впитывает в себя всю энергию. Потому способна стать еще более агрессивной, а нам это точно не надо!
Как образуется и что находится внутри
Рождение исконных черных звезд ученые связывают с теорией первого взрыва, а также с ранним периодом образования Вселенной.
Звездные темные дыры появляются в результате остывания ядра массивной звезды, когда сила гравитации сдавливает ее до самоуничтожения. Подобный эффект провоцирует появление сверхновой, которая и разрывает часть звездного пространства.
Существует теория о происхождении сверхмассивных черных дыр: они образовались одновременно с галактикой, в которой находятся.
Для подробного изучения и понимания того, как устроена «дыра», нужно подробно рассмотреть самое важное явление космоса гравитацию. Она является ключевой силой в определении строения «кротовых нор», способных поглотить звездный свет
Также известно, что черные дыры не совсем черные, но испускают небольшое количество теплового излучения при температуре T = ħ c³ / 8 π k G m, где m — масса чёрной дыры.
То есть у подобных аномалий есть своего рода испарение. Так, для дыры, массой в 6 Солнц, Т = 10-8 К.
Ближайшая черная дыра к Земле
Насколько опасны подобные космические аномалии, сказать сложно. Размеры и расположение подобных объектов астрономы устанавливают, руководствуясь только окружающим пространством. Поэтому столкновение, если оно и произойдёт, не будет иметь никакого значения для жителей планеты Земля.
Ближайшая к нам черная дыра, которую определяют ученые это «Моноцеротес» (V616), также известный как Mon (V616). Удалена от нашей системы на безопасное расстояние (3 тысячи световых лет). Ее масса превышает массу Солнца в 9-13 раз.
Следующая ближайшая черная дыра («Сигнус икс-1») находится примерно в 6 тысяч световых лет. Она имеет примерно пятнадцатикратное массовое превышение над Солнцем.
Как учёные узнают о чёрных дырах
Чёрная дыра не излучает и не отражает свет подобно большинству других объектов во Вселенной. Но ученые могут фиксировать, как сильная гравитация влияет на звёзды и газ вокруг чёрной дыры. По поведению объектов, рядом с которыми есть чёрная дыра, собственно можно доказать её наличие.
- Звёзды вращаются вокруг центра гравитации. Если в этом месте ничего нет, значит есть вероятность, что это чёрная дыра.
- Из окружающего пространства чёрная дыра постоянно притягивает материю. Космическая пыль, газ, вещество ближайших звезд — всё это падает на неё по спирали, образуя аккреционный диск. Испытывая ускорение, частицы порождают излучение в характерном спектре. В области, откуда это излучение пришло, наверняка есть чёрная дыра.
Модель пространства вокруг чёрной дыры
Как образуются чёрные дыры
Такие большие объекты, как звёзды, обладают большой гравитацией. Вся материя звезды всегда притягивается к центру, но термоядерные реакции не позволяют ей схлопнуться. То есть с одной стороны работает притяжение, а с другой давление, которое удерживает форму звезды.
Самой популярной считается теория, что чёрная дыра — это конечная стадия жизни звезды с очень большой массой, превышающей как минимум массу 20 Солнц. Когда внутри такой звезды прекращаются термоядерные реакции (заканчивается топливо), то под действием своей огромной гравитации она ускоренно сжимается в нейтронную звезду. В зависимости от своей начальной массы, она может остаться сверхплотной нейтронной звездой либо продолжить сжиматься с такой силой, что даже свет не сможет покинуть её пределы — это и будет чёрная дыра.
Существует и другой сценарий, когда все те же процессы происходят с межзвёздным газом, находящимся на стадии превращения в галактику или какое-то скопление. Если внутреннее давление не может компенсировать гравитацию, то вся материя начинает сжиматься, что приводит к образованию чёрной дыры.
Привет из бездны
Самое точное на данный момент изображение черной дыры
Разбираться придется по порядку. Насколько близко? Откуда? Какова масса?
Стоит сразу отметить, что наше Солнце никогда не станет черной дырой. Для этого нужна масса, порядком превосходящая солнечную — в 10-15 раз. Тогда случится гравитационный коллапс, и под действием силы тяжести материя буквально схлопнется в одну точку. Похожее явление лежит в основе водородных бомб и в теории холодного термоядерного синтеза, разве только гравитация играет другую роль. Более того, на роль потенциальных черных дыр не годятся и другие звезды в соседних галактиках. Большинство из них являются красными карликами и обладают массой в 8-60% нашего Солнца.
Остается два варианта: либо черная дыра спонтанно появляется в наших окрестностях, либо приходит непонятно откуда. Первое было бы возможно, если бы все страхи вокруг Большого адронного коллайдера приобрели смысл и черную дыру создали искусственным путем. Но нет, это невозможно.
Что касается второго, астрономы и астрофизики подтвердили существование около 2000 блуждающих черных дыр, но шансы того, что одна из них дойдет до нас, близятся к нулю. И как отметил писатель Дуглас Адамс:«Космос велик. Вы просто не в состоянии осознать, насколько невероятно и умопомрачительно он велик. Я имею в виду, вам может показаться длинной дорога в аптеку, но по меркам космоса это семечки».
Впрочем, вероятность появления черной дыры — слишком интересное событие, чтобы проходить мимо.
Что будет, если попадешь в черную дыру?
Считается, что если бы каким-либо невероятным способом человек мог попасть на поверхность черной дыры, то она сразу стала бы его затягивать в направлении себя. В конечном счете человек бы растянулся настолько, что превратился бы в поток субатомных частиц, движущихся по направлению к точке сингулярности. Доказать эту гипотезу, конечо же, невозможно, ведь ученые вряд ли когда-нибудь смогут узнать, что происходит внутри черных дыр. Сейчас некоторые физики заявляют, что если бы человек попал в черную дыру, то у него появился бы клон. Первая из его версий сразу же была бы уничтожена потоком раскаленных частиц излучения Хокинга, а вторая бы прошла через горизонт событий без возможности вернуться назад.
Что принято называть черной дырой
Ученые считают, что черная дыра — это область, находящаяся в пространстве и во времени, имеющая огромное гравитационное притяжение. Оно сильно до такой степени, что даже свет не может ее покинуть.
У черной дыры есть определенная граница, называемая горизонтом событий. Попав в него, ни один объект или излучение не могут вырваться за пределы этой области. Расстояние между этой границей и бесконечно плотным ядром принято называть радиусом Шварцшильда.
Ученые выдвинули теорию о том, что любая масса, спрессованная в сферу, радиус которой меньше или равен радиусу Шварцшильда, является черной дырой.
Черные дыры возникают как фениксы, они возрождаются из пепла погибших звезд. Достоверно известно, что в звездах происходят реакции термоядерного синтеза, сопровождающиеся выделением огромного количества энергии. Когда «жизнь» звезды подходит к концу, запасы водорода истощаются, превращаясь в гелий, который, в свою очередь, превращается в более тяжелые элементы. Этот процесс происходит вплоть до образования железа, чье слияние уже не дает достаточно энергии для поддержания внешних слоев звезды. Они начинают рушиться внутрь и взрываются. Этот взрыв принято называть вспышкой сверхновой. В теории, подобный взрыв может сжать массу вещества достаточно, чтобы ее радиус стал меньше или равен радиусу Шварцшильда, и она превратилась в черную дыру.
Плохие новости для Земли
Законы гравитации, как известно, одинаково действуют во всей Вселенной. Поэтому в случае с нашей планетой будут действовать те же гравитационные эффекты, что и при спагеттификации: сторону планеты, которая находится ближе к черной дыре, будет притягивать намного сильнее. На самом деле появление рядом с нашей планетой черной дыры означало бы скорую гибель жизни на Земле да и самой планеты. Согласитесь, это не самая приятная перспектива. Но, так как мы не знаем что находится за горизонтом событий черной дыры, корабль воображения попав в черную дыру, может переместить нас в другую часть Вселенной или в другую Вселенную – в зависимости от гипотезы, которая вам больше нравится. А еще можно посмотреть фильм “Интерстеллар” 2014 года, потому что там представлена довольно интересная гипотеза о том, что может встретить заблудившегося космического странника за горизонтом событий черной дыры.
По ту сторону горизонта событий
Мы движемся по кроличьей норе, зная, что ваше знакомство с ней будет очень коротким. Надеемся, что мы успеем хотя бы оценить внутренний интерьер черной дыры. К счастью для нас, но к несчастью для Солнечной системы, эта черная дыра — сверхмассивная. Мы изменили правила, но если бы мы этого не сделали, все бы уже закончилось по некоторым причинам.
В небольшой черной дыре — скажем, с массой в 30 солнц — приливные силы, вызванные увеличением тяжести, разорвали бы нас задолго до того, как мы достигли горизонта событий. Но там гравитация составляет где-то миллион земных. На то, чтобы насладиться победой — ведь мы достигли горизонта событий — у нас не будет и 0,0001 секунды.
В сверхмассивной черной дыре с массой в 5 миллионов солнц, вроде той, что расположена в центре нашей галактики, нас ждет совсем другой опыт. Любая черная дыра, вобравшая массу более 30 тысяч солнц, обладает приливными силами с гравитацией меньше одной земной на горизонте событий. У нас будет 16 секунд, чтобы осмотреться (и изменить правила игры), прежде чем мы достигнем точки сингулярности. Чем больше масса, тем больше времени.
Падение сквозь горизонт событий похоже на процесс засыпания или влюбленности: сложно определить точку отсчета, когда это произойдет, но после этого ваше чувство реальности будет совершенно иным. В черной дыре вы будете видеть звезды (свет попадает внутрь, но не наоборот), но пространство вокруг будет напоминать мыльный пузырь.
Ну а после того, как вас раздавит в ноль, вы попадете в точку бесконечной кривизны, где известному нам времени и пространству приходит конец. И узнать, как работает физика в этой точке бесконечной кривизны времени и пространства, бесконечной массы и плотности, у нас просто нет возможности. Иногда кажется, что сердце черной дыры откроет перед нами все секреты Вселенной или поднимет бесконечное число вопросов. Но это всего лишь догадки. опубликовано econet.ru
Что будет, если попасть в черную дыру
Человечеству не суждено описать или задокументировать данное явление. Невозможно понять происходящие события в космической аномалии – в этом состоит главная проблема.
Однако, падение за горизонт событий, где нет материи, вполне возможно. Даже человек мог бы попасть в нее, но его ждет, по мнению многих фантастов, мало приятного из-за огромной гравитационной силы. На самом деле произойти может все что угодно.
Горизонт событий, где время и пространство искажается, станет отображением нескольких вариаций будущего для путешественника. Возможно, за точкой невозврата будет открытие нового мира, параллельной вселенной.
Черная дыра ведет в темные, еще неведанные глубины космоса, а если подумать, что все в мире сбалансировано, то в конечном итоге она может вывести к новой звезде. Смерть планеты – черная дыра, но она же может стать и рождением новой галактики.
Время пришло
Допустим, у нас есть черная дыра, которая заперта в двойной системе в обнимку со звездой, которая готовится стать сверхновой. Внезапно это происходит, гравитационный гигант выстреливает в нашем направлении на скорости десятков и сотен километров в секунду. Как мы об этом узнаем?
Ответ прост: не узнаем до тех пор, пока он не столкнется с чем-либо, поскольку массивная гравитация черных дыр не выпускает даже свет. А значит, вместо того чтобы пытаться найти черный перец на черном ковре, давайте рассмотрим несколько путей, которые помогут нам напрямую определить черную дыру.
Во-первых, материя, разорванная черной дырой, будет излучать радиацию по мере вращения диска аккреции. Пространство вокруг будет светиться, как новогодняя елка во мраке ночи.
Во-вторых, искажение пространства вокруг черных дыр можно обнаружить земными методами. Например, с помощью гравитационного линзирования, предсказанного в рамках общей теории относительности Эйнштейна. Эффект проявляется вблизи массивных объектов и фиксируется астрономами. Этот же способ используют для поиска темной материи.
Но даже в идеальных условиях обнаружить черную дыру таким образом будет сложнее, чем найти блох на пятнистой собаке ночью с помощью бинокля. С повязкой на глазу. Для успешного гравитационного линзирования черная дыра должна пройти между нами и звездой. И после этого нам еще должно повезти.
Кроме того, черная дыра может дать о себе знать, если будет взаимодействовать гравитационно с небесными объектами вроде планет, звезд, астероидов и комет, что снова подводит нас к ключевому вопросу: как близко будет располагаться наша гипотетическая черная дыра, угнездившаяся по соседству?
Конечно, чем ближе, тем опаснее. По мере приближения орбиты планет и лун будут танцевать танец, как воробей, попавшийся в паутину, волоча за собой кривые орбиты и нарушая порядок, который пытаются собрать по частям еще со времен Николая Коперника.
Здесь, на Земле, изменились бы приливы, отливы и цвет неба. Если гравитация, как по заказу Жириновского, отдалит орбиту планеты дальше от Солнца, приблизит ее, сделает более эллиптической, в лучшем случае мы будем страдать от перепадов температур и странностей с временами года. В худшем случае (кроме того, чтобы стать частью черной дыры) Земля может упасть на Солнце или отправиться в дальнее плавание в пучины космоса, обрекая нас всех на холодную смерть.
Известный астрофизик Нил де Грасс Тайсон однажды емко выразил проблемы, которые возникнут, если неподалеку заведется «черная гостья»: «Если нас посетит черная дыра, у Солнечной системы будет плохой день».
Что ж, раз уж мы обречены, давайте соберемся с духом и нырнем навстречу сингулярности.
Строение черных дыр
Горизонтом событий называется неприступная граница черной дыры. Внутри этой границы находится зона, которую не могут покинуть даже объекты, скорость движения которых равна скорости света. Даже кванты самого света не могут покинуть горизонт событий. Находясь в этой точке, никакой предмет уже не может вырваться из черной дыры. О том, что внутри черной дыры, мы не можем узнать по определению – ведь в ее глубинах находится так называемая точка сингулярности, которая формируется за счет предельного сжатия вещества. Когда объект попадает внутрь горизонта событий, с этого момента он никогда не сможет вырваться снова из нее и стать видимым для наблюдателей. С другой стороны, те, кто находятся внутри черных дыр, не могут видеть ничего из происходящего снаружи.
Размер горизонта событий, окружающего этот загадочный космический объект, всегда прямо пропорционален массе самой дыры. Если ее масса будет удвоена, то вдвое больше станет и внешняя граница. Если бы ученые смогли найти способ, позволяющий превратить Землю в черную дыру, то размер горизонта событий составлял бы всего лишь 2 см в поперечном разрезе.
