Ученые описали три сценария поглощения земли черной дырой. Существование и эволюция черных дыр. Черные дыры являются самыми совершенными энергетическими установками

Случайно оказавшись слишком близко к черной дыре, вас растянет, как спагетти
Мощное излучение поджарит вас, прежде чем вы «спагеттизируетесь»
Вы даже не успеете заметить, как черная дыра поглотит Землю
И вместе с этим, черная дыра может создать голограмму всей планеты

Черные дыры давно уже вызывают большое волнение и интриги.

После обнаружения гравитационных волн, интерес к черным дырам, безусловно, теперь возрастет.

Неизменным остается один вопрос – что же произойдет с планетой и человечеством, если теоретически предположить, что черная дыра окажется рядом с Землей?

Самым известным последствием соседства черной дыры станет явление под названием «спагеттификация». Короче говоря, если вы окажетесь слишком близко к черной дыре, вас растянет, как спагетти. Этот эффект вызван действием гравитации на ваше тело.

Представьте, что сначала в направлении черной дыры оказались ваши ноги.

Так ваши ноги находятся ближе к черной дыре, они будут чувствовать более сильное притяжение, чем ваша голова.

Хуже того, ваши руки из-за того, что они находятся не в центре вашего тела, будут растянуты в другом направлении, чем ваша голова. Края вашего тела втянутся внутрь. В конечном итоге ваше тело не только растянется, но и станет тонким посредине.

Следовательно, любое тело или другой объект, такой как Земля, станет напоминать спагетти задолго до того, как попадет в центр черной дыры.

Что случилось бы, гипотетически, если черная дыра вдруг оказалась бы рядом с Землей?

Те же гравитационные эффекты, которые могут привести к «спагеттификации», тут же начнут вступать в силу. На ту сторону Земли, которая окажется ближе к черной дыре, гравитационные силы будут действовать сильнее, чем на противоположную сторону. Таким образом, гибель всей планеты была бы неминуемой. Ее разорвало бы.

Если бы планета оказалась в радиусе действия сверхмощной черной дыры, мы даже не успели бы ничего заметить, так как она проглотила бы нас в одно мгновение.

Но, прежде чем гром грянет, у нас еще есть время.

Если бы случилась такая неудача, и мы провалились бы в черную дыру, то могли бы оказаться на голографическом подобии нашей планеты.

Интересно, что черные дыры не обязательно черные.

Квазары – это яркие ядра далеких галактик, питающиеся энергией излучения черных дыр.

Они бывают настолько яркими, что превышают мощность излучения всех звезд своих собственных галактик.

Такое излучение проявляется, когда черная дыра пирует над новой материей.

Чтобы было понятно: то, что мы до сих пор можем видеть, это материя, находящаяся вне радиуса действия черной дыры. В радиусе ее действия нет ничего, даже света.

Во время поглощения материи, излучается колоссальная энергия. Именно это свечение видно при наблюдении за квазарами.

Поэтому, объектам, оказавшимся в непосредственной близости к черной дыре, будет очень жарко.

Задолго до «спагеттификации» мощное излучение поджарит вас.

Для тех, кто смотрел фильм Кристофера Нолана «Интерстеллар», перспектива планеты, вращающейся вокруг черной дыры, может быть привлекательна только в одном случае.

Для развития жизни необходим источник энергии или перепад температур. И черная дыра может оказаться таким источником.

Однако, есть одно условие.

Черная дыра должна прекратить поглощать любую материю. Иначе она будет испускать слишком много энергии, чтобы поддерживать жизнь на соседних мирах. На что будет похожа жизнь в таком мире (при условии, что он будет находиться не слишком близко, иначе «спагеттизируется»), но это уже другой вопрос.

Количество энергии, которую будет получать планета, скорее всего, будет крошечным по сравнению с тем, что получает Земля от Солнца.

И среда обитания на такой планете будет довольно странной.

Вот поэтому, при создании фильма «Интерстеллар», Торн консультировался с учеными для обеспечения точности изображения черной дыры.

Все эти факторы не исключают жизнь, просто у нее довольно жесткая перспектива и очень трудно предсказать, как она будет выглядеть.

Черные дыры — единственные космические тела, способные притягивать силой гравитации свет. Они же являются самыми большими объектами Вселенной. Мы вряд ли в ближайшее время узнаем, что происходит возле их горизонта событий (известного как «точка невозврата»). Это самые таинственные места нашего мира, о которых, несмотря на десятилетия исследований, до сих пор известно очень мало. В этой статье собраны 10 фактов, которые можно назвать наиболее интригующими.

Черные дыры не втягивают в себя материю

Многие представляют черную дыру своеобразным «космическим пылесосом», втягивающим в себя окружающее пространство. На самом деле, черные дыры — это обычные космические объекты, обладающие исключительно сильным гравитационным полем.

Если бы на месте Солнца возникла черная дыра таких же размеров, Земля не была бы втянута внутрь, она вращалась бы по той же орбите, что и сегодня. Расположенные рядом с черными дырами звезды теряют часть массы в виде звездного ветра (это происходит в процессе существования любой звезды) и черные дыры поглощают только эту материю.

Существования черных дыр было предсказано Карлом Шварцшильдом

Карл Шварцшильд был первым, кто применил общую теорию относительности Эйнштейна, для того, чтобы обосновать существование «точки невозврата». Сам Эйнштейн не задумывался о черных дырах, хотя его теория позволяет предсказать их существование.

Шварцшильд сделал свое предположение в 1915 году, сразу вслед за тем, как Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности. Тогда же возник термин «радиус Шварцшильда» - это величина, которая показывает, как сильно вам придется сжать объект, чтобы он стал черной дырой.

Теоретически, черной дырой может стать все, что угодно, при достаточной степени сжатия. Чем плотнее объект, тем более сильное гравитационное поле он создает. Например, Земля стала бы черной дырой, если бы ее массой обладал объект величиной с арахис.

Черные дыры могут порождать новые вселенные

Мысль о том, что черные дыры могут порождать новые вселенные кажется абсурдной (тем более, что мы все еще не уверены в существовании других вселенных). Тем не менее, подобные теории активно разрабатываются учеными.

Очень упрощенная версия одной из этих теорий заключается в следующем. Наш мир обладает исключительно благоприятными условиями для появления в нем жизни. Если бы какие-либо из физических констант изменились хотя бы чуть-чуть, нас бы не было в этом мире. Сингулярность черных дыр отменяет обычные законы физики и может (по крайней мере, в теории) породить новую вселенную, которая будет отличаться от нашей.

Черные дыры могут превратить вас (и все, что угодно) в спагетти

Черные дыры растягивают предметы, которые находятся рядом с ними. Эти предметы начинают напоминать спагетти (есть даже специальный термин - «спагеттификация»).

Это происходит благодаря тому, как работает сила притяжения. В настоящий момент ваши ноги находятся к центру Земли ближе, чем голова, поэтому они притягиваются сильнее. На поверхности черной дыры разница в силе притяжении начинает работать против вас. Ноги притягиваются к центру черной дыры все быстрее, так, что верхняя половина туловища не успевает за ними. Результат: спагеттификация!

Черные дыры испаряются со временем

Черные дыры не только поглощают звездный ветер, но и испаряются. Это явление было открыто в 1974 году и было названо излучением Хокинга (по имени Стивена Хокинга, сделавшего открытие).

Со временем черная дыра может отдать всю свою массу в окружающее пространство вместе с этим излучением и исчезнуть.

Черные дыры замедляют время вблизи себя

По мере приближения к горизонту событий время замедляется. Чтобы понять, почему это происходит, нужно обратиться к «парадоксу близнецов», мысленному эксперименту, часто используемому для иллюстрации основных положений общей теории относительности Эйнштейна.

Один из братьев-близнецов остается на Земле, а второй улетает в космическое путешествие, двигаясь со скоростью света. Вернувшийся на Землю близнец обнаруживает, что его брат постарел больше, чем он, потому что при движении на скорости, близкой к скорости света, время идет медленнее.

Приближаясь к горизонту событий черной дыры, вы будете двигаться с такой высокой скоростью, что время для вас замедлится.

Черные дыры являются самыми совершенными энергетическими установками

Черные дыры генерируют энергию лучше, чем Солнце и другие звезды. Это связано с материей, вращающейся вокруг них. Преодолевая горизонт событий на огромной скорости, материя на орбите черной дыры разогревается до крайне высоких температур. Это называется излучением абсолютно черного тела.

Для сравнения, при ядерном синтезе в энергию превращается 0,7% материи. Вблизи черной дыры энергией становятся 10% материи!

Черные дыры искривляют пространство рядом с собой

Пространство можно представить себе как растянутую резиновую пластинку с нарисованными на ней линиями. Если на пластинку положить какой-нибудь объект, она изменит свою форму. Так же работают и черные дыры. Их экстремальная масса притягивает к себе все, включая свет (лучи которого, продолжая аналогию, можно было бы назвать линиями на пластинке).

Черные дыры ограничивают количество звезд во Вселенной

Звезды возникают из газовых облаков. Для того, чтобы началось формирование звезды, облако должно остыть.

Излучение абсолютно черных тел мешает газовым облакам остывать и предотвращает появление звезд.

Теоретически, любой объект может стать черной дырой

Единственное отличие нашего Солнца от черной дыры — сила гравитации. В центре черной дыры она намного сильнее, чем в центре звезды. Если бы наше Солнце было сжато до примерно пяти километров в диаметре, оно могло бы быть черной дырой.

Теоретически, черной дырой может стать все, что угодно. На практике же мы знаем, что черные дыры возникают только в результате коллапса огромных звезд, превышающих Солнце по массе в 20-30 раз.

Доктор Джейн Лисин Дай и профессор Энрико Рамирес-Руис из Института Нильса Бора представили важную компьютерную модель. С ее помощью можно изучить событие приливного разрушения – редкие, но крайне мощные события в галактических центрах.

Приливные разрушения

В центре каждой крупной галактики скрывается сверхмассивная черная дыра, которая по массе превосходит солнечную в миллионы и миллиарды раз. Но большую часть сложно наблюдать, потому что они не выделяют излучения. Это случается того, когда определенная форма материала втягивается в крайне мощное гравитационное поле черной дыры. Примерно каждые 10000 лет в одной галактике звезда приближается на опасную дистанцию к дыре, и гравитация последней разрывает объект. Это событие называют гравитационным приливом.

При этом процессе черная дыра переполняется звездными осколками на определенное время. При поглощении звездного газа высвобождается огромное количество излучения. Благодаря этому можно изучить характеристики дыры.

Объединенная модель

В период прилива некоторые дыры излучают рентгеновские лучи, а другие – видимый свет и УФ. Важно разобраться в этом разнообразии и сложить целый пазл. В новой модели постарались учесть угол обзора земного наблюдателя. Ученые изучают Вселенную, но галактики ориентированы случайным образом.

Новая модель объединяет элементы из общей теории относительности, магнитного поля, излучения и газа, благодаря чему удается рассмотреть приливное событие с разных точек зрения и собрать все действия в единую структуру.

Сотрудничество и перспективы

Работа стала возможной благодаря сотрудничеству Института Нильса Бора и Калифорнийского университета в Санта-Крус. Подключились и исследователи из Университета штата Мэриленд. Для решения задачи использовались современные вычислительные инструменты. Прорыв обеспечил перспективу для быстрорастущей области исследований.

Понятие чёрной дыры известно всем - от школьника до людей преклонного возраста, оно используется в научной и фантастической литературе, в желтых СМИ и на научных конференциях. Но что конкретно представляют собой такие дыры, известно далеко не всем.

Из истории чёрных дыр

1783 г. Первая гипотеза существования такого явления, как чёрная дыра, была выдвинута в 1783 году английским учёным Джоном Мичеллом. В своей теории он объединил два творению Ньютона - оптику и механику. Идея Мичелла была такова: если свет - это поток мельчайших частиц, то, как и все другие тела, частицы должны испытывать притяжение гравитационного поля. Получается, чем массивнее звезда, тем сложнее свету противиться её притяжению. Через 13 лет после Мичелла, французский астроном и математик Лаплас выдвинул (скорее всего, независимо от британского коллеги) схожую теорию.

1915 г. Однако, все их труды оставались невостребованными вплоть до начала XX века. В 1915 году Альберт Эйнштейн опубликовал Общую теорию относительности и показал, что гравитация есть искривление пространства-времени, вызванное материей, а спустя несколько месяцев немецкий астроном и физик-теоретик Карл Шварцшильд использовал её для решения конкретной астрономической задачи. Он исследовал структуру искривленного пространства-времени вокруг Солнца и заново открыл феномен чёрных дыр.

(Джон Уилер ввел в научный обиход термин "Чёрные дыры")

1967 г. Американский физик Джон Уилер обрисовал пространство, которое можно скомкать, подобно листику бумаги, в бесконечно малую точку и обозначил термином "Чёрная дыра".

1974 г. Британский физик Стивен Хокинг доказал, что чёрные дыры, хоть и поглащают метерию без возврата, могут испускать излучение и в конце концов испаряться. Такое явление получило название "излучение Хокинга".

Наше время. Новейшие исследования пульсаров и квазаров, а также открытие реликтового излучения, наконец сделали возможным описать само понятие чёрных дыр. В 2013 году газовое облако G2 приблизилось на очень близкое расстояние к Чёрной дыре и скорее всего будет поглощено ей, наблюдения за уникальным процессом даст огромные возможности для новых открытий особенностей чёрных дыр.

Чем на самом деле являются чёрные дыры

Лаконичное объяснение феномена звучит так. Чёрная дыр - это пространственно-временная область, чье гравитационное притяжение настолько велико, что её не может покинуть ни один объект, в том числе световые кванты.

Когда-то чёрная дыра была массивной звёздой. Пока термоядерные реакции поддерживают в её недрах высокое давление, всё остаётся в норме. Но со временем запас энергии истощается и небесное тело, под действием собственной гравитации, начинает сжиматься. Завершающий этап этого процесса - схлопывание звездного ядра и образование чёрной дыры.

• 1. Выбрасывание черной дырой струи на высокой скорости


• 2. Диск материи перерастает в чёрную дыру


• 3. Чёрная дыра


• 4. Детальная схема региона чёрной дыры


• 5. Размер найденных новых наблюдений

Самая распространённая теория гласит, что подобные феномены есть в каждой галактике, в том числе и в центре нашего Млечного пути. Огромная сила притяжения дыры способна удерживать вокруг себя несколько галактик, не давая им удаляться друг от друга. «Площадь покрытия» может быть разной, всё зависит от массы звёзды, которая превратилась в чёрную дыру, и может составлять тысячи световых лет.

Радиус Шварцшильда

Главное свойство чёрной дыры - любое вещество, которое в неё попало, никогда не сможет вернуться. Это же касается и света. По своей сути дыры - это тела, которые полностью поглощают весь попадающий на них свет и не испускающие собственного. Такие объекты визуально могут казаться сгустками абсолютной темноты.

• 1. Движущаяся материя в половину скорости света


• 2. Фотонное кольцо


• 3. Внутреннее фотонное кольцо


• 4. Горизонт событий в чёрной дыре

Отталкиваясь от Общей теории относительности Эйнштейна, если тело приблизилось на критическое расстояние к центру дыры, оно уже не сможет вернуться. Это расстояние называют радиусом Шварцшильда. Что именно происходит внутри этого радиуса доподлинно неизвестно, но есть наиболее распространенная теория. Считается, что всё вещество чёрной дыры концентрируется в бесконечно малой точке, а в её центре находится объект с бесконечной плотностью, который ученые именуют сингулярным возмущением.

Как происходит падение в чёрную дыру

(На картинке чёрная дыра Стрельца А* выглядит крайне ярким скоплением света)

Не так давно, в 2011 году, ученые обнаружили газовое облако, дав ему несложное название G2, которое испускает необычные свет. Такое свечение может давать трение в газе и пыли, вызываемое действием чёрной дыры Стрельца А* и которые вращаются вокруг нее в виде аккреционного диска. Таким образом, мы становимся наблюдателями удивительного явления поглощения сверхмассивной чёрной дырой газового облака.

По последним исследованиям наибольшее сближение с черной дырой произойдет в марте 2014 года. Мы можем воссоздать картину того, как будет происходит это захватывающее зрелище.

• 1. При первом появлении в данных газовое облако напоминает огромный шар из газа и пыли.


• 2. Сейчас по состоянию на июнь 2013 года облако находится в десятках миллиардов километров от чёрной дыры. Оно падает в неё со скоростью 2500 км/с.


• 3. Ожидается, что облако пройдет мимо чёрной дыры, но приливные силы, вызванные различием в притяжении, действующем на передний и задний край облака, заставят его принимать всё более вытянутую форму.


• 4. После того, как облако будет разорвано, большая его часть, скорее всего, вольется в аккреционный диск вокруг Стрельца А*, порождая в нём ударные волны. Температура при этом подскочит до нескольких миллионов градусов.


• 5. Часть облака упадёт прямо в чёрную дыру. Никто не знает в точности, что случится потом с этим веществом, но ожидается, что в процессе падения оно будет испускать мощные потоки рентгеновских лучей, и больше его никто не увидит.

Видео: чёрная дыра поглощает газовое облако

(Компьютерное моделирование того, как большая часть газового облака G2 будет разрушено и поглощено чёрной дырой Стрельцом А*)

Что там внутри чёрной дыры?

Есть теория, которая утверждает, что чёрная дыра внутри практически пуста, а вся её масса сосредоточена в невероятно маленькой точке, находящейся в самом её центре - сингулярности.

Согласно другой теории, существующей на протяжении полувека, всё, что попадает в чёрную дыру, переходит в другую вселенную, находящуюся в самой чёрной дыре. Сейчас это теория не является основной.

И есть третья, самая современная и живучая теория, по которой всё, что попадает в чёрную дыру, растворяется в колебаниях струн на её поверхности, которую обозначают, как горизонт событий.

Так что же такое - горизонт событий? Внутрь чёрной дыры заглянуть нельзя даже сверхмощным телескопом, так как даже свет, попадая внутрь гигантской космической воронки, не имеет шансов вынырнуть назад. Всё, что можно хоть как-то рассмотреть, находится в её ближайших окрестностях.

Горизонт событий - это условная линия поверхности, из под которой ничто (ни газ, ни пыль, ни звезды, ни свет) выйти уже не сможет. И вот это и есть та самая таинственная точка невозврата в чёрных дырах Вселенной.

Массивная чёрная дыра в центре спиральной галактики. Авторы и права: NASA.

Хотите услышать что-то крутое? В центре Млечного Пути находится огромная чёрная дыра. И не просто огромная чёрная дыра, а сверхмассивная чёрная дыра, масса которой более чем в 4,1 миллиона раз больше массы Солнца.

Она находится всего в 26 000 световых лет от Земли прямо в центре нашей галактики, в направлении созвездия Стрельца. И, как мы знаем, она разрывает и поглощает не только звёзды, но и целые звёздные системы, которые приблизятся к ней, увеличивая тем самым свою массу.

Подождите-ка, это звучит совсем не круто, скорее это звучит страшно. Верно?

Не волнуйтесь! На самом деле у вас нет ни единого повода для волнения, если только вы не планируете прожить несколько тысяч миллионов лет, как, например, я благодаря переносу моего сознания в виртуальную реальность.

Поглотит ли эта чёрная дыра Млечный Путь?

Открытие сверхмассивной чёрной дыры (СЧД) в центре Млечного Пути, как и обнаружение СЧД почти во всех остальных галактиках, является одним из моих любимых открытий в астрономии. Это одно из тех открытий, которое одновременно с ответами на одни вопросы порождает другие вопросы.

Еще в 1970-е годы, астрономы Брюс Балик и Роберт Браун обнаружили интенсивный источник радиоизлучения, идущий от самого центра Млечного Пути, из созвездия Стрельца.

Они обозначили этот источник Sgr A*. Звёздочка означает “захватывающий”. Вы думаете, что я шучу, но нет. На этот раз, я не шучу.

В 2002 году астрономы обнаружили, что звёзды проносятся мимо этого объекта по сильно вытянутым орбитам, подобно кометам, кружащим около Солнца. Представьте себе массу нашего Солнца. Нужна колоссальная сила, чтобы развернуть его!

Массивная чёрная дыра в представлении художника. Авторы и права: Alain Riazuelo / CC BY-SA 2.5.

Только чёрные дыры смогут сделать это, и в нашем случае эта чёрная дыра в миллионы раз массивнее нашего Солнца – это сверхмассивная чёрная дыра. С открытием СЧД в центре нашей галактики астрономы поняли, что чёрные дыры находятся в центре каждой галактики. В то же время, открытие сверхмассивных чёрных дыр помогло ответить на один из главных вопросов в астрономии: что такое квазар?

Оказывается, что квазары и сверхмассивные чёрные дыры это одно и то же. Квазары – это те же чёрные дыры, только, находящиеся в процессе активного поглощения материала из аккреционного диска, вращающегося вокруг них. Но в опасности ли мы?

В краткосрочной перспективе – нет. Чёрная дыра в центре Млечного Пути находится в 26 000 световых лет от нас и даже если она превратится в квазар и начнёт поглощать звёзды, мы очень нескоро заметим это.

Чёрная дыра – это огромной массы объект, занимающий небольшую область пространства. К тому же, если вы замените Солнце чёрной дырой с точно такой же массой, то ничего не изменится. Я имею в виду то, что Земля будет продолжать своё движение по той же орбите в течении миллиардов лет, только уже вокруг чёрной дыры.

То же самое и с чёрной дырой в центре Млечного Пути. Она не втягивает материал как пылесос, она выступает лишь в качестве своего рода гравитационного якоря для группы звёзд, находящихся на орбите вокруг неё.

Древний квазар в представлении художника. Авторы и права: NASA.

Для того, чтобы чёрная дыра поглотила звезду, последняя должна двигаться в направлении СЧД. Она должна пересечь горизонт событий, диаметр которого в нашем случае примерно в 17 раз больше солнечного. Если звезда приблизится к горизонту событий, но не пересечёт его, то она, вероятнее всего, будет разорвана. Однако это происходит очень редко.

Проблемы начинаются тогда, когда эти звёзды взаимодействуют друг с другом, из-за чего изменяют свои орбиты. Звезда, которая счастливо жила на своей орбите миллиарды лет, может быть потревожена другой звездой и сбиться со своей орбиты. Но это бывает не часто, тем более в галактическом “пригороде” в котором мы и находимся.

В долгосрочной же перспективе основная опасность заключается в столкновении Млечного Пути и Андромеды. Это произойдёт примерно через 4 миллиарда лет, в результате чего появится новая галактика, которая может получить название Млекомеда. Внезапно появится много новых, взаимодействующих друг с другом звёзд. При этом звёзды, которые были в безопасности ранее, станут менять свои орбиты. К тому же в галактике появится и вторая чёрная дыра. Чёрная дыра Андромеды может быть в 100 миллионов раз массивнее нашего Солнца, так что это довольно большая мишень для звёзд, желающих погибнуть.

Так поглотит ли чёрная дыра нашу галактику?

В ближайшие несколько миллиардов лет, всё больше и больше галактик будут сталкиваться с Млекомедой вызывая хаос и разрушения. Конечно, Солнце погибнет примерно через 5 миллиардов лет, так что это будущее не будет нашей проблемой. Ну, хорошо, с моим вечным виртуальным сознанием это всё ещё будет моей проблемой.

После того, как Млекомеда поглотит все близлежащие галактики, у звёзд будет просто бесчисленное количество времени, на протяжении которого они будут взаимодействовать между собой. Некоторые из них будут выброшены из галактики, а некоторые сброшены в чёрную дыру.

Но многие другие будут в полной безопасности дожидаясь времени, когда сверхмассивная чёрная дыра просто испарится.

Таким образом чёрная дыра в центре Млечного Пути полностью и абсолютно безопасна. За оставшуюся жизнь Солнца, она не будет взаимодействовать с нами каким-либо из представленных выше способов, или потреблять больше, чем несколько звёзд в год.