Що буде, якщо в Сонячній системі з'явиться чорна діра?

Уявні експерименти - відмінна штука. Ми можемо уявити, що буде, якщо зникне Місяць, і підозрюємо, що наші предки бачили сверхмассивную чорну діру Чумацького Шляху. Здогадуємося, що Місяць не завжди була мертвою і холодної, а на Марсі колись текли річки і моря. Але ми знаходимося на околиці галактики, і чорні діри для нас практично не існують. Що, якби одна з них утворилася в Сонячній системі? Чи можливо це в принципі?

У нічному небі почали відбуватися дивні речі. Ви, як і багато інших, активно стежте за новинами. Виступає президент, його підтримують астрофізики, геологи і кліматологи. Він нервує, але, віддаючи данину традиції, ділить новини на «погані» і «хороші». Хороші новини: ми не вмерли, планета не знищили, її не віднесло в космос і не розкрутило в гравітаційному колесі. Погані: нас чекають «дуже цікаві зміни клімату». Спроба вижити поруч з чорною дірою схожа на втечу з «Титаніка» - заради холодної смерті в океані.

Перш, ніж ви потягнетеся за тривожнимвалізкою або почнете божеволіти: не бійтеся, це всього лише уявний експеримент. Чорні діри є одним із найстрашніших явищ у Всесвіті. Їх величезний тягар викривляє простір і час - і наше розуміння їх природи - до межі, до однієї точки. Надмасивні чорні діри (на зразок цієї) ховаються в ядрах галактик, поглинаючи мільйони, мільярди зірок. Найточніше зображення чорної діри на сьогоднішній день ми спостерігали у фільмі «Інтерстеллар». На ділі ж це явище у багато разів страшніше.

Що буде, якщо недалеко від нашої Сонячної системи народиться або виявиться чорна діра?

зміст

• 1 Привіт з безодні
• 2 викривляється простір і час
• 3 Час прийшов
• 4 Хороші і погані новини
• 5 По ту сторону горизонту подій

Привіт з безодні

Найточніше на даний момент зображення чорної діри

Розбиратися доведеться по порядку. Наскільки близько? Звідки? Яка маса?

Варто відразу зазначити, що наше Сонце ніколи нестане чорною дірою. Для цього потрібна маса, порядком перевершує сонячну - в 10-15 разів. Тоді трапиться гравітаційний колапс, і під дією сили тяжіння матерія буквально схлопнется в одну точку. Схоже явище лежить в основі водневих бомб і в теорії холодного термоядерного синтезу, хіба тільки гравітація відіграє іншу роль. Більш того, на роль потенційних чорних дір не годяться і інші зірки в сусідніх галактиках. Більшість з них є червоними карликами і мають масу в 8-60% за наше Сонце.

Залишається два варіанти: або чорна діра спонтанно з'являється в наших околицях, або приходить незрозуміло звідки. Перше було б можливо, якби всі страхи навколо Великого адронного коллайдера придбали сенс і чорну діру створили штучно. Але ні, це неможливо.

Що стосується другого, астрономи і астрофізикипідтвердили існування близько 2000 блукаючих чорних дір, але шанси того, що одна з них дійде до нас, наближаються до нуля. І як зазначив письменник Дуглас Адамс:

«Космос великий. Ви просто не в змозі усвідомити, наскільки неймовірно і дивно він великий. Я маю на увазі, вам може здатися довгою дорога в аптеку, але за мірками космосу це насіння ».

Втім, ймовірність появи чорної діри - занадто цікава подія, щоб проходити повз.

Викривлюють простір і час

Якщо подивитися на чорну діру здалеку, вонабуде схожа на будь-який інший масивний об'єкт. Поки вона прямо перед вами, вона підпорядковується законам класичної механіки і ньютонова закону універсальної гравітації, який говорить, що тяжіння між двома об'єктами пропорційно їх масі і зменшується зі збільшенням дистанції. Іншими словами, немає гравітаційної різниці між R136a1, «блакитним» карликом вагою в 265 сонць і чорною дірою з таким же вагою.

Підійдіть до чорної діри ближче, щоб потрапити вїї гравітаційне поле, і ви зіткнетеся з двома різними наборами правил. З загальною теорією відносності Ейнштейна, яка допускає існування чорних дір, викривляється простір і час, і екстремальної гравітацією, яка доводить це викривлення до крайності.

Якщо ви хочете вивчити чорну діру, не вилазячи зкосмічного корабля, ви виявите, що чим ближче ви до осереддя величезної маси, тим більше ваші двигуни будуть надриватися, щоб утримати вас на круговій орбіті. Спочатку невеликі імпульси ракети зможуть стабілізувати її; але чим далі, тим більше енергії вам доведеться витрачати, щоб не зійти з орбіти. У підсумку тільки невпинна робота двигунів ракети буде відокремлювати вас від всепоглинаючого ніщо. Втім, у фільмі «Інтерстеллар» - і в цьому заслуга Крістофера Нолана і Кіпа Торна - ці ефекти були показані на подив пристойно.

Як тільки у вас закінчиться паливо (або вираптово вирішите вимкнути двигуни), ви перетнете горизонт подій чорної діри, кордон, через яку не може повернутися навіть світло. Після цього вам доведеться відповісти за всі свої гріхи. Ніщо не зупинить нестримний рух до сингулярності - ядру нескінченно стисненого простору і часу, де фізика, якою ми її знаємо, згортається в клубок і скиглить.

У міру вашого просування час будесповільнюватися. Дуже сильно. З вашої точки зору нічого не зміниться, але ваші друзі, що спостерігають за вашим трюком, побачать щось подібне до змазаних блискавок. Але тільки до горизонту подій - за його межі не виходить світло, а значить, побачити вас ніхто не зможе. Ідеальний злочин, чи не так?

Гравітаційне викривлення часу - явищедосить буденне, але занадто слабке, щоб його можна було помітити. На Землі, наприклад, проживши мільярд років на рівні моря, ви будете на секунду молодше, ніж ваш ровесник, який прожив на вершині Евересту. Кажуть, час боїться пірамід, але вам доведеться провести дуже багато часу, притулившись до неї щокою, щоб відчути уповільнення часу в Парижі.

У чорній дірі час крутиться дзигою. Коли ми говоримо, що падіння в сингулярність не можна уникнути, це означає не тільки невблаганне дію гравітації або спотворення простір. Час в чорній дірі стискається до такого ступеня, що шлях в сингулярність буквально стає вашим майбутнім. Втеча від сингулярності буде схоже на спробу зупинити час.

Що трапиться з нашою Сонячною системою, якщо вона раптом відчує на собі гнів чорної діри і потрапить в її вир?

Час прийшов

Припустимо, у нас є чорна діра, яка замкненав подвійній системі в обнімку із зіркою, яка готується стати наднової. Раптово це відбувається, гравітаційний гігант вистрілює в нашому напрямку на швидкості десятків і сотень кілометрів в секунду. Як ми про це дізнаємося?

Відповідь проста: не дізнаємося до тих пір, поки він не зіткнеться з чим-небудь, оскільки масивна гравітація чорних дір не випускає навіть світло. А значить, замість того щоб намагатися знайти чорний перець на чорному килимі, давайте розглянемо кілька шляхів, які допоможуть нам безпосередньо визначити чорну діру.

По-перше, матерія, розірвана чорною дірою, буде випромінювати радіацію в міру обертання диска акреції. Простір навколо буде світитися, як новорічна ялинка в темряві ночі.

По-друге, спотворення простору навколо чорнихдірок можна виявити земними методами. Наприклад, за допомогою гравітаційного лінзування, передбаченого в рамках загальної теорії відносності Ейнштейна. Ефект проявляється поблизу масивних об'єктів і фіксується астрономами. Цей же спосіб використовують для пошуку темної матерії.

Але навіть в ідеальних умовах виявити чорнудірку таким чином буде складніше, ніж знайти бліх на плямистої собаці вночі за допомогою бінокля. З пов'язкою на оці. Для успішного гравітаційного лінзування чорна діра повинна пройти між нами і зіркою. І після цього нам ще має пощастити.

Крім того, чорна діра може дати про себе знати,якщо буде взаємодіяти гравітаційно з небесними об'єктами на зразок планет, зірок, астероїдів і комет, що знову підводить нас до ключового питання: як близько розташовуватиметься наша гіпотетична чорна діра, угнездился по сусідству?

Звичайно, чим ближче, тим небезпечніше. У міру наближення орбіти планет і місяців будуть танцювати танець, як горобець, який потрапить до павутину, тягнучи за собою криві орбіти і порушуючи порядок, який намагаються зібрати по частинах ще з часів Миколи Коперника.

Тут, на Землі, змінилися б припливи, відливи іколір неба. Якщо гравітація, як на замовлення Жириновського, віддалить орбіту планети далі від Сонця, наблизить її, зробить більш еліптичної, в кращому випадку ми будемо страждати від перепадів температур і дивацтв з порами року. У гіршому випадку (крім того, щоб стати частиною чорної діри) Земля може впасти на Сонце або відправитися в далеке плавання в безодні космосу, прирікаючи нас всіх на холодну смерть.

Відомий астрофізик Ніл де Грасс Тайсон одного разу влучно висловив проблеми, які виникнуть, якщо неподалік заведеться «чорна гостя»:

«Якщо нас відвідає чорна діра, у Сонячної системи буде поганий день».

Що ж, якщо вже ми приречені, давайте зберемося з духом і пірнемо назустріч сингулярності.

Хороші і погані новини

У російській мові є слово з шести букв, якенайкраще описало б то, що нас чекає. Давайте назвемо це просто безнадією. Вчені навчилися ділити на нуль, і ми опинилися в чорній дірі. Навіть Брюс Вілліс з відважним екіпажем нафтовиків, що пройшов особливу підготовку в Челябінську, не врятував би нас.

З'явися чорна діра в околицях Нептуна, ми бвідразу відчули це. Вчені знають орбіту Нептуна так добре, що можуть виявити навіть відхилення в 1 кутову секунду (одиниця кутовий заходи). Звичайна чорна діра з масою в десять сонць, що летить на швидкості 300 км / c, видала б себе ще на відстані в одну десяту світлового року.

І ось вам остання порція хороших новин: чорна діра такого розміру дасть нам мінімум 100 років, щоб закінчити свої земні справи. Можливо, небезпека такого масштабу припинить всі земні війни або почне одну глобальну. Можливо, людство встигне знищити себе самостійно, як тільки дізнається, що через сто років - все, капут. Поки це не має значення. Якщо ж діра буде рухатися повільніше, фатальне час очікування збільшиться в десять разів. І ось тоді часу на будівництво ковчега або збори планетарного валізи з речами має вистачити.

У міру підходу до Нептуну, чорна смертьстягує газовий гігант з орбіти. Планета починає поводитися дивно: в міру віддалення від нас відбувається червоне зміщення - довжина хвилі її радіації, включаючи світло, йде в червоний спектр. Як тільки Нептун виявляється за чорною дірою, гравітаційна лінза натягується на чорну сферу і обтікає її. Коли планета з'являється знову, вже перед нами, її кольору переживають синє зміщення - довжина хвилі йде в цей кінець спектру.

Червоне та синє зміщення, як правило, є наслідком видалення або наближення зоряного об'єкта по відношенню до нас. Схоже на ефект Доплера.

Разом з тим, як чорна діра "їсть" планету,газ буде закручуватися в гравітаційну спіраль, як цукор під час створення солодкої вати. З нашої точки зору спіраль буде вічно йти в горизонт подій. Але світло, випущений загибеллю Нептуна, відіб'ється від чорної діри в негативі, як сонячна корона під час затемнення.

Чим ближче чорна діра буде до Землі, тим більше буде проявлятися навколишній її ефект спотворення, як у кривому дзеркалі. Всі телескопи будуть бачити тільки порожнечу в центрі чорної діри.

Якщо наша чорна смерть буде надмасивноїчорною дірою, історія вже закінчиться - її горизонт подій буде в п'ять разів більше, ніж Сонячна система. Але це нудно. Давайте візьмемо приклад поменше і все ж постараємося розгледіти нутро цього монстра.

По той бік горизонту подій

Ми рухаємося по кролячій норі, знаючи, що вашезнайомство з нею буде дуже коротким. Сподіваємося, що ми встигнемо хоча б оцінити внутрішній інтер'єр чорної діри. На щастя для нас, але на жаль для Сонячної системи, ця чорна діра - надмасивна. Ми змінили правила, але якби ми цього не зробили, все б вже закінчилося з деяких причин.

У невеликій чорній дірі - скажімо, з масою в 30сонць - приливні сили, викликані збільшенням тяжкості, розірвали б нас задовго до того, як ми досягли горизонту подій. Але там гравітація становить десь мільйон земних. На те, щоб насолодитися перемогою - адже ми досягли горизонту подій - у нас не буде і 0,0001 секунди.

У надмасивної чорної діри з масою в 5мільйонів сонць, на зразок тієї, що розташована в центрі нашої галактики, нас чекає зовсім інший досвід. Будь-яка чорна діра, яка ввібрала масу понад 30 тисяч сонць, володіє приливними силами з гравітацією менше однієї земної на горизонті подій. У нас буде 16 секунд, щоб озирнутися (і змінити правила гри), перш ніж ми досягнемо точки сингулярності. Чим більше маса, тим більше часу.

Падіння крізь горизонт подій схоже на процесзасипання або закоханості: складно визначити точку відліку, коли це станеться, але після цього ваше почуття реальності буде зовсім іншим. У чорній дірі ви будете бачити зірки (світло потрапляє всередину, але не навпаки), але простір навколо буде нагадувати мильну бульбашку.

Ну а після того, як вас розчавить в нуль, випотрапите в точку нескінченної кривизни, де відомому нам часу і простору приходить кінець. І дізнатися, як працює фізика в цій точці нескінченної кривизни часу і простору, нескінченної маси і щільності, у нас просто немає можливості. Іноді здається, що серце чорної діри відкриє перед нами всі секрети Всесвіту або підніме нескінченне число питань. Але це всього лише припущення.