Черные дыры будоражат воображение как астрофизиков, так и любителей фантастики. Это неудивительно, поскольку, хотя черные дыры – вполне реальные объекты, их свойства настолько экстремальны, что являются частыми гостями в каком-нибудь захватывающем научно-фантастическом триллере. Многие из них были созданы гигантскими древними звездами, которые разрушились сами по себе, образовав области пространства-времени с такой мощной гравитацией, что ничто не может избежать ее притяжения, даже свет. Естественно, астрофизиков одолевают бесчисленные вопросы об этих загадочных объектах.
В этой статье физики Лео и Шаньшань Родригес пытаются объяснить, могут ли люди попасть в черную дыру, чтобы изучить ее свойства изнутри.
Вполне логичное желание – ведь, чтобы разгадать тайны черных дыр, нужно просто проникнуть внутрь. Однако здесь есть два довольно строгих условия. Во-первых, человек может сделать это только в том случае, если черная дыра является сверхмассивной и изолированной. А во-вторых, исследователь, попавший туда уже никогда и никому в этой Вселенной не расскажет о том, что он увидел внутри.
Мы оба физики, изучающие черные дыры, хотя и с очень безопасного расстояния. Черные дыры являются одними из самых распространенных астрофизических объектов в нашей Вселенной. Эти таинственные объекты, по-видимому, являются важным компонентом эволюции Вселенной, начиная с Большого взрыва и до наших дней. Возможно, они также оказали влияние на формирование человеческой жизни в нашей собственной галактике.
Содержание
Два типа черных дыр
Во Вселенной существует множество различных типов черных дыр.
Они могут различаться по размеру и быть электрически заряженными, как электроны или протоны в атомах. Некоторые черные дыры вращаются. Есть два типа черных дыр, которые имеют отношение к нашему мысленному эксперименту. Первая не вращается, является электрически нейтральной – то есть у нее нет положительного или отрицательного заряда – и имеет массу Солнца. Второй тип – сверхмассивные черные дыры, масса которых в миллионы и даже миллиарды раз превышает массу нашего светила.
Помимо разницы в массе между этими двумя типами черных дыр, их также отличает расстояние от центра до “горизонта событий” – этот показатель называется радиальным расстоянием. Горизонт событий черной дыры – это точка невозврата. Всё, что пройдет эту точку, будет поглощено черной дырой и навсегда исчезнет из нашей Вселенной.
На горизонте событий гравитация черной дыры настолько сильна, что никакие механические силы не могут ее преодолеть или противостоять ей. Даже свет, самое быстрое, что есть в нашей Вселенной, не может вырваться наружу – отсюда, кстати, и термин “черная дыра”.
Радиальный размер горизонта событий зависит от массы черной дыры и является ключевым фактором для вероятного выживания человека при падении в нее. Для черной дыры с массой нашего Солнца (одна солнечная масса) горизонт событий будет иметь радиус чуть больше 3 километров.
А сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики Млечный Путь с массой около 4 миллионов солнечных масс имеет горизонт событий радиусом почти 12 миллионов километров или 17 солнечных радиусов.
Таким образом, человек, падающий в черную дыру размером с Солнце, окажется гораздо ближе к центру черной дыры, прежде чем пройдет горизонт событий, в отличие от падения в сверхмассивную черную дыру.
Это означает, что из-за близости центра притяжение черной дыры к человеку будет отличаться в 1000 миллиардов раз между головой и пальцами ног, в зависимости от того, как происходит свободное падение. Другими словами, если человек падает ногами вперед, приближаясь к горизонту событий черной дыры со звездной массой, гравитационное притяжение его ног будет экспоненциально больше, чем притяжение черной дыры к его голове.
Человек испытает спагеттификацию и, скорее всего, не выживет, будучи растянутым в длинную, тонкую форму, похожую на лапшу.
А человек, падающий в сверхмассивную черную дыру, достигнет горизонта событий гораздо дальше от центрального источника гравитационного притяжения, что означает, что разница в гравитационном притяжении между головой и пальцами ног практически равна нулю. Теоретически, человек пройдет через горизонт событий целым, не будет растянут в длинную тонкую лапшу, выживет и безболезненно проплывет за горизонт черной дыры.
Другие соображения
Большинство черных дыр, которые мы наблюдаем во Вселенной, окружены очень горячими дисками материи, состоящими в основном из газа и пыли или других объектов, таких как звезды и планеты, которые подлетели слишком близко к горизонту и упали в черную дыру. Эти диски называются аккреционными, они очень горячие и турбулентные. Они, безусловно, не являются гостеприимными и из-за них путешествие в черную дыру будет чрезвычайно опасным.
Чтобы безопасно попасть в такую дыру, необходимо найти сверхмассивную черную дыру, которая полностью изолирована и не питается окружающей материей, газом или звездами.
Если человек когда-нибудь найдет изолированную сверхмассивную черную дыру, пригодную для научного изучения, и решит залететь в нее, то все наблюдаемое или измеряемое изнутри будет ограничено горизонтом событий черной дыры.
Учитывая, что ничто не может избежать гравитационного притяжения за горизонтом событий, падающий исследователь не сможет отправить информацию о своих наблюдениях за этот горизонт.
Его путешествие и находки будут навсегда потеряны для остальной части Вселенной. Но он будет наслаждаться приключением до тех пор, пока будет жив… возможно.
Читайте также: Огромная черная дыра каждую секунду поглощает пространство размером с Землю