Черные дыры. Просто о сложном.
Экскурс — Данная статья не является научной диссертацией, и имеет много пропусков научных терминов и упрощений. Статья предназначена для общего понимания такого явления — как черные дыры. Всем приятного чтения.
Черные дыры. Просто о сложном.
Я уверен, что почти все кто хоть как-то взаимодействует с интернетом, знает, что такое черная дыра. Или думает что знает?
Ведь, в представлении человека черная дыра, это просто бездна в пространстве. Своеобразный слив в космическом пространстве. Но, так ли это на самом деле?
Самый очевидный путь образования черной дыры – коллапс ядра массивной звезды. Пока у звезды не закончилось топливо, ее равновесие поддерживается за счет термоядерных реакций (превращение водорода в гелий, затем в углерод, и т.д., вплоть до железа у наиболее массивных звезд). Выделяющееся при этом тепло компенсирует потерю энергии, уходящей от звезды с ее излучением и звездным ветром. Термоядерные реакции поддерживают высокое давление в недрах звезды, препятствуя ее сжатию под действием собственной гравитации. Однако со временем топливо истощается и звезда начинает сжиматься. И тогда на свет и появляется это маленькое (Ну или не совсем) чудо.
При этом, это все зависит от массы самой звезды. Небольших размеров, как наше солнце, не более трех солнечных масс, звезды оставляют после себя лишь маленький, грубо говоря, труп. Белый карлик. Так как «Выигрывают борьбу с гравитацией»: его сжатие будет остановлено давлением вырожденного вещества, и звезда превратится в белый карлик или нейтронную звезду.
Но у более массивных звезд уже ничто не может остановить катастрофичный коллапс ядра и оно сожмется настолько сильно, что пересечет радиус Шварцшильда (Радиус, до которого надо сжать любой объект, чтоб тот стал черной дырой. Зависит от массы этого объекта), став черной дырой.
Так же, черные дыры могут появляться в центре галактик, когда так же происходит коллапс, только уже газа и звезд. Такие черные дыры являются сверхмассивными и имеют массу до 20 миллиардов солнц. (Масса нашего солнца — 1 983 000 000 000 000 000 000 000 000 000 кг).
Что такое черная дыра?
По сути, это даже не объект, а область пространства-времени, гравитация которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света. Грубо говоря, это то место, откуда нельзя выбраться. Но так как мы уже знаем, что «Дыра» это лишь условное название, на деле это сферический объект, следует разобраться, из чего же она состоит. Логика подсказывает, что из того же, из чего и ядро звезды, а это — водород, гелий и остальные газы в небольшом кол-ве. Но, это не совсем так. На самом деле, никто и не знает, из чего состоит черная дыра, но точно не из привычного нам состояния этого вещества, ведь черная дыра это скорее не сгусток материи, а сгусток гравитации.
Так же, черная дыра состоит из частей:
Фотонной сферы — это место, в котором фотоны под действием гравитации начинают крутится вокруг черной дыры, то есть выходить на орбиту. Если вы попадете в эту часть черной дыры, то заметите одно необычное явление — открыв глаза и посмотрев назад, вы сможете увидеть себя. Вы будете наблюдать себя как будто в ММО-РПГ, то есть от третьего лица.
Горизонта событий — Чтож, если вы по своей глупости попали за горизонт событий, то поздравляю, вы обладатель счастливого путешествия в один конец. Это место, которое отделяет черную дыру от всей остальной вселенной, ведь за горизонтом событий притяжение черной дыры настолько сильно, что даже если вы наберете максимальную скорость во вселенной, а это скорость света (300 тысяч километров в секунду), то вы даже с такой скоростью не сможете уже пересечь горизонт событий, вас просто будет притягивать сильнее, и вашей скорости убегания будет недостаточно. Так, что вы должны просто расслабится и ждать своей участи. Весь путь до сингулярности вас будет сопровождать кромешная тьма. И даже если у вас будет фонарик который сможет светить ярче, чем самый яркий объект во вселенной — квазар, то вы ничего не увидите. Эту тьму уже невозможно развеять. Так же, если вы упали в сверхмассивную дыру, вам повезло так как вы сможете пересечь горизонт событий без последствий. Но если же, она является небольшой, то боюсь достичь его живым вы уже не сможете, так как приливные силы зависят от близости к сингулярности, центра черной дыры, а чем больше дыра, тем дальше горизонт событий от сингулярности, а значит и точка где приливные силы будут настолько сильными, что разорвут вас, находится то дальше, то ближе этого горизонта.
Сингулярность — это место, центр нашей черной дыры, и если честно никто понятия не имеет что это такое, и если говорить простым языком это — точка, находящаяся в пространстве-времени, через которую нет возможности ровно проложить геодезическую линию. Единственное что мы знаем, так это то, что в ней не действуют большинство законов физики. Здесь происходит искажение, а также разрыв пространства-времени. По сути, законы физики тут теряют логику. Существуют теории, что с помощью нее вполне возможно осуществить переход в другие миры. Это возможно сделать посредством скачка сквозь сингулярность. Именно здесь пересекаются слои Вселенной, образуя подобие под пространственного перехода. Он является соединением двух дыр – чёрной и белой. Это своеобразная машина времени, а сам факт перехода не вступает в противоречия с законами физики. Прыжки через сингулярность вращающейся чёрной дыры сделают реальными путешествия во времени в любых его направлениях. Так же, поскольку чёрная дыра окружена горизонтом событий, то сингулярность увидеть в обнажённом состоянии нельзя. Но всё-таки создают модели, с разной степенью реалистичности позволяющие это сделать.
Что будет если упасть прямо в черную дыру?
Если вы все таки решили полететь прямо к центру черной дыры то это самое глупое что вы могли придумать, сначала из далека вам это будет казаться каким-то абсолютно черным объектом, который искажает все сзади себя. Это происходит из-за гравитационного линзирования. Грубо говоря, Черная дыра просто искажает свет который летит рядом с ней.
Ну вот, вы уже прошли половину пути, и черная дыра становится уже не просто «кругом», а уже полноценным сферическим объектом. И к тому же, искажение пространства вокруг нее все сильнее, и если бы за черной дырой стояла звезда, это было бы больше похоже на то, что вокруг черной дыры образовалась «звезда-пончик».
И тут, сценарий идет по двум путям — если черная дыра сверхмассивная, то все нормально и вы можете продолжать свой безумный путь, правда вы все еще можете передумать и свалить нахрен оттуда, но у нас же нет инстинкта самосохранения, и будем лететь дальше!
Но, если же дыра оказалось малой, то тут начинается небольшой урок кулинарии.
Спагеттификация — вкусно звучит, да? Так вот, это к сожалению довольно неприятный для тебя процесс. Так как, приливные силы у черной дыры станут довольно сильными, то черная дыра будет притягивать разные части тела сильнее, чем на другие. Поэтому, тебя растянет как только выпеченную, итальянскую спаггети.
Источник
Черные дыры — самые страшные объекты во Вселенной
Хэллоуин — время призраков, гоблинов и упырей, но нет ничего страшнее во Вселенной, чем черные дыры.
Черные дыры — области в космосе, где гравитация настолько сильна, что ничто не сможет вырваться. Половина Нобелевской премии по физике 2020 года была присуждена Роджеру Пенроузу за математическую работу, показывающую, что черные дыры являются неизбежным следствием теории гравитации Эйнштейна. Вторую половину разделили Андреа Гэз и Райнхард Генцель, показав, что массивная черная дыра находится в центре нашей галактики.
Черные дыры пугают по трем причинам:
- Если вы упадете в черную дыру, оставшуюся после гибели звезды, вас разорвет на куски.
- У массивных черных дыр в центре галактик ненасытный аппетит.
- Черные дыры — это места, где нарушаются законы физики.
Я изучаю черные дыры более 30 лет. В частности, сверхмассивные, которые скрываются в центре галактик. Большую часть времени они неактивны, но когда активны и пожирают звезды и газ, область около черной дыры может затмить всю галактику, в которой она находится. Галактики, в которых активны черные дыры, называются квазарами. Несмотря на все данные об этих объектах, полученные за последние десятилетия, мы еще многого не знаем.
Смерть от черной дыры
Считается, что черные дыры образуются при гибели массивной звезды. После того, как ядерное топливо звезды исчерпано, ее ядро схлопывается до самого плотного состояния материи, которое только можно вообразить — в сто раз более плотного, чем атомное ядро. Оно настолько плотное, что протоны, нейтроны и электроны больше не являются дискретными частицами. Поскольку черные дыры темные, их обнаруживают, когда они вращаются вокруг нормальной звезды. Ее свойства позволяют астрономам делать выводы о свойствах ее компаньона, черной дыры.
Первой подтвержденной черной дырой стал Cygnus X-1 — самый яркий источник рентгеновского излучения в созвездии Cygnus. С тех пор было найдено около 50 черных дыр в системах, где обычная звезда вращается вокруг черной дыры. Это ближайшие примеры из предполагаемых 10 миллионов, рассеяных по Млечному Пути.
Черные дыры — могилы материи. Ничто не может избежать их, даже свет. Судьбой тех, кто упадет в черную дыру станет спагеттификация, идею которой популяризировал Стивен Хокинг в книге «Краткая история времени». При спагеттификации гравитация черной дыры разорвала бы вас на части, разделив кости, мышцы, сухожилия и даже молекулы. Как поэт Данте описал слова над вратами ада в «Божественной комедии»: «Оставь надежду, всяк сюда входящий».
Голодный зверь в каждой галактике
Наблюдения с помощью космического телескопа Хаббл за последние 30 лет показали, что все галактики имеют черные дыры в центре.
Природа знает, как создавать черные дыры ошеломляющего диапазона масс — от мертвых звезд, в несколько раз превышающих массу Солнца, до монстров, в десятки миллиардов раз массивнее. Это похоже на разницу между яблоком и Великой пирамидой в Гизе.
Буквально в прошлом году астрономы опубликовали первое в истории изображение черной дыры и ее горизонта событий — зверя с массой 7 миллиардов солнечных масс в центре эллиптической галактики M87.
Это более чем в тысячу раз крупнее черной дыры в нашей галактике, первооткрыватели которой получили в этом году Нобелевскую премию. Эти черные дыры большую часть времени темные, но когда их гравитация притягивает близлежащие звезды и газ, они вспыхивают, вызывая интенсивную активность и выбрасывая огромное количество излучения.
Массивные черные дыры опасны по двум причинам:
- Если вы подойдете слишком близко, огромная гравитация поглотит вас.
- Если они находятся в активной фазе квазара, вы будете поражены излучением энергии.
Насколько ярок квазар? Представьте, что вы парите над большим городом, например, над Лос-Анджелесом ночью. Примерно 100 миллионов огней от автомобилей, домов и улиц города соответствуют звездам в галактике. По этой аналогии черная дыра в активном состоянии подобна источнику света диаметром 1 дюйм в центре Лос-Анджелеса, который затмевает город в сотни или тысячи раз. Квазары — самые яркие объекты во Вселенной.
Странные сверхмассивные черные дыры
Самая большая обнаруженная черная дыра весит в 40 миллиардов раз больше массы Солнца, или в 20 раз больше Млечного Пути. В то время как внешние планеты в нашей Солнечной системе обращаются по орбите один раз в 250 лет, этот гораздо более массивный объект вращается раз в три месяца. Его внешний край движется со скоростью вдвое меньше скорости света.
Как и другие черные дыры, крупные скрыты от глаз горизонтом событий. В их центрах находится сингулярность — точка в пространстве, где плотность бесконечна. Мы не можем понять внутреннюю часть черной дыры, потому что законы физики нарушаются: время замирает на горизонте событий, а в сингулярности гравитация становится бесконечной.
Хорошая новость о массивных черных дырах заключается в том, что вы можете выжить, попав в одну из них. Их гравитация сильнее, но сила растяжения слабее, чем у маленькой черной дыры, и она не убьет вас. Плохая новость в том, что горизонт событий отмечает край пропасти. Ничто не может ускользнуть из-за горизонта событий, поэтому вы не сможете убежать и рассказать о своем путешествии.
По словам Стивена Хокинга, черные дыры медленно испаряются. В далеком будущем Вселенной, спустя много времени после того, как все звезды умрут и галактики исчезнут из поля зрения ускоряющегося космического расширения, черные дыры будут последними выжившими объектами.
Самым массивным черным дырам потребуется невообразимое количество лет, чтобы испариться. По оценкам, 10 в сотой степени или 10 со 100 нулями после него. Самые страшные объекты во Вселенной почти вечны.
Источник