Если космонавт приблизится к чёрной дыре, перспективы у него не очень радужные.
Если отвечать коротко, то он умрёт. Более развёрнуто — точно неизвестно, что произойдёт. Наука может только строить догадки. Но ничего особо приятного не будет, уж поверьте.
На почтительном расстоянии чёрная дыра ведёт себя как звезда схожей массы — вокруг неё можно выйти на стабильную орбиту и вращаться там годами. По предположениям M. Lingam, I. Ginsburg, and S. Bialy. Active Galactic Nuclei: Boon or Bane for Biota? / The Astrophysical Journal учёных, там даже обитаемые планеты могут существовать. Но чем ближе к дыре, тем больше будет проблем.
Человека убьёт радиация
Если вы полагаете, что чёрная дыра навредит человеку, только когда тот пересечёт горизонт событий (граница вокруг дыры, из‑за которой не может вернуться даже свет), то ошибаетесь. Трудности начнутся куда раньше, причём в буквальном смысле убийственные.
Чёрные дыры редко бывают одиноки. Как правило, они окружены огромной кучей материи — газа Michael A. Nowak, Robert V. Wagoner. Diskoseismology: Probing accretion disks. Trapped adiabatic oscillations / Astrophysical Journal , который остался после того, как дыра закусила какой‑нибудь звездой. Газ летает по орбите с огромной скоростью, поэтому имеет чудовищную кинетическую энергию и разогревается до гигантских температур.
Эта быстро вращающаяся и испепеляюще горячая штука вокруг чёрной дыры называется аккреционным диском.
Зрители фильма «Интерстеллар» знают, как должен выглядеть аккреционный диск. Сама чёрная дыра невидима, поскольку поглощает любой свет, который на неё падает, а вот водоворот вещества вокруг неё можно разглядеть. Именно аккреционный диск — та светящаяся оранжевая штука, которую засняли First Image of a Black Hole / European Southern Observatory телескопы проекта Event Horizon Telescope в апреле 2019 года.
Аккреционные диски чёрных дыр испускают мощное электромагнитное излучение Discovery of Gamma Rays from the Edge of a Black Hole / Max Planck Society . Энергия рентгеновских и гамма‑лучей в миллион миллионов раз превышает энергию видимого света.
Кроме того, теоретически сама чёрная дыра тоже может фонить излучением Хокинга. Правда, насчёт этого астрофизики ещё не уверены и мощность радиации пренебрежительно мала E. Siegel. This Is Why We’ll Never Detect Hawking Radiation From An Actual Black Hole / Forbes .
Все эти потоки заряженных частиц, которые чёрная дыра разбрасывает на сотни световых лет вокруг себя, вряд ли добавят здоровья. Небесное тело прикончит человека ещё на подлёте обычной радиацией, не прибегая к нарушениям топологии пространства и искривлениям времени.
Его сожжёт вещество аккреционного диска
Движение материи в аккреционном диске чёрной дыры. Визуализация NASA. Изображение: NASA’s Goddard Space Flight Center / Jeremy Schnittman
Предположим, что космонавт заблаговременно позаботился о радиационной безопасности — например, надел пальто со свинцовой подкладкой толщиной в метр поверх скафандра. И, полный решимости узнать, что находится в таинственных недрах чёрной дыры, продолжает свободное падение к ней.
Но исследователя поджидает очередное препятствие, а именно: уже знакомый нам аккреционный диск. Он состоит из очень горячего газа.
Диск нагревается, когда частицы газа соударяются друг с другом, нарезая круги с бешеной скоростью вокруг чёрной дыры. Кинетическая энергия переходит в тепловую, и неплохо так переходит — вещество вблизи средней чёрной дыры может разогреваться Michael A. Nowak, Robert V. Wagoner. Diskoseismology: Probing accretion disks. Trapped adiabatic oscillations / Astrophysical Journal до миллионов или даже триллионов кельвинов. Это чуть выше, чем, к примеру, температура нашего Солнца — 5 778 К на поверхности, 15 млн К в ядре.
Наверное, не стоит напоминать, что пролетать сквозь потоки раскалённой плазмы небезопасно. Если человека убьёт не радиация, то высокая температура.
Вообще, аккреционные диски сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик — одни из наиболее ярких объектов в космосе. Они называются «квазары». Самый горячий из них, J043947.08+163415.7, жарит как 600 триллионов Hubble sees the brightest quasar in the early Universe / ESA Hubble нормальных жёлтых карликов вроде Солнца, если бы те сговорились и выступили разом.
Периодически, кстати, чёрные дыры посылают J. H. Beall. A Review of Astrophysical Jets / Frascati Workshop во Вселенную релятивистские струи, или джеты, — потоки плазмы на околосветовой скорости, обычно парные, направленные с полюсов в противоположные стороны.
Астрофизики пока ещё спорят, почему такое происходит, но похоже, магнитные поля вокруг дыры вытворяют что‑то интересное с газом в аккреционном диске. Джет A. Tchekhovskoy, O. Bromberg. Three‑dimensional relativistic MHD simulations of active galactic nuclei jets: magnetic kink instability and Fanaroff — Riley dichotomy / Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters может извергаться от 10 до 100 миллионов лет непрерывно.
Так что, падая на чёрную дыру, человеку надо избегать её полюсов, чтобы не попасть ещё и под релятивистские струи.
Его спагеттифицирует
Ввиду вышесказанного, наверное, лучше будет совершить путешествие в чёрную дыру без аккреционного диска. Такие тоже бывают — если по соседству нет звёзд, из которых можно выкачивать газ. То есть дыра их все уже благополучно поглотила.
К примеру, чёрная дыра в центре галактики Markarian 1018 засосала всё вещество вокруг себя и осталась без газа поблизости. Такие дыры астрофизики называют голодающими B. Husemann, T. Urrutia, G. R. Tremblay, M. Krumpe, J. Dexter, G. Busch, F. Combes, S. M. Croom, T. A. Davis, A. Eckart, R. E. McElroy, M. Perez‑Torres, M. Powell, J. Scharwächter. What is causing Mrk 1018’s return to the shadows after 30 years? / Astronomy & Astrophysics . Бедняжки.
Или сверхмассивная дыра Стрелец A в центре нашего Млечного Пути — она имеет крайне маленький, слабозаметный диск 1. Supermassive Black Hole Sagittarius A* / NASA
2. Eliot Quataert, Ramesh Narayan, Mark J. Reid. What Is The Accretion Rate In Sagittarius A*? / The Astrophysical Journal . Поэтому за ней так тяжело вести наблюдения.
В общем, вполне можно приблизиться к горизонту событий чёрной дыры, не сталкиваясь с потоками горячей плазмы.
Проблемы, которые возникнут у космонавта дальше, будут зависеть от размеров чёрной дыры.
Если человек будет падать на объект, имеющий массу, скажем, примерно как одна солнечная (в 332 946 раз превышающая массу Земли), то произойдёт вот что.
По мере приближения к этому интересному небесному телу будет возрастать и сила тяготения, с которой оно на человека воздействует. На определённом расстоянии от дыры получится так, что тяготение, оказываемое на ноги, будет многократно больше, чем тяготение, действующее на голову. Эта разница называется «приливная сила».
Результаты влияния этой силы описывает Нил Тайсон. Смерть в чёрной дыре и другие мелкие космические неприятности физик Нил Деграсс Тайсон в книге «Смерть в чёрной дыре и другие мелкие космические неприятности».
Сначала приливные силы чёрной дыры порвут космонавта пополам аккурат посередине туловища (если он, конечно, падает в дыру «солдатиком», а не боком). Потом ноги и туловище порвёт ещё пополам. Затем ещё раз. И так в геометрической прогрессии, пока на элементарные частицы не распадутся даже атомы, из которых жертва сделана. Затем весь этот поток частиц окажется за горизонтом событий.
Земля тоже создаёт приливную силу, действующую на ваше тело, но недостаточную, чтобы порвать вас, так что не переживайте.
Вот и всё. Явление в шутку называется «спагеттификация». Обычно приливные силы чёрных дыр спагеттифицируют звёзды, но и с людьми справятся.
Правда, есть один нюанс.
Произойдёт что‑нибудь ужасное, но мы не узнаем, что именно
Приливные силы, как объясняет Нил Тайсон. Смерть в чёрной дыре и другие мелкие космические неприятности Нил Тайсон, возрастают тем больше, чем больше размер объекта по сравнению с расстоянием до центра дыры. Это значит, что некрупная чёрная дыра разорвёт космонавта на куски и расщепит на атомы ещё на подлёте.
А вот если чёрная дыра достаточно массивная и с огромным радиусом, её приливные силы начнут растягивать путешественника уже после того, как он пересечёт горизонт событий.
При этом, наверное, человек может даже выжить, говорит Leo Rodriguez. Could a human enter a black hole to study it? / The Conversation физик Лео Родригес, ведь горизонт событий — это не физический барьер, а просто граница гравитационного воздействия чёрной дыры, на которой вырваться из неё не способен даже свет.
Перед самым падением за горизонт путешественник, возможно, успеет Ethan Siegel. What Would You See As You Fell Into A Black Hole? / Forbes увидеть, как весь свет окружающих звёзд исказится, а далее сожмётся в точку позади, которая станет сначала красной, потом белой, затем синей. Всё из‑за воздействия гравитации дыры на длины пролетающих мимо световых волн (это называется «синее смещение»).
Визуализация падения в чёрную дыру. Точно изображает искажения неба вокруг, но не учитывает «посинения» картинки из‑за синего смещения. Видео: SkitlerRemix/Youtube
Но никто не может рассказать точно, что случится за горизонтом. Проблема в том, что там ещё и привычные нам законы физики не работают. Поэтому учёные могут только предполагать, что происходит с веществом в чёрной дыре.
Скорее всего, как считает Нил Тайсон. Смерть в чёрной дыре и другие мелкие космические неприятности Нил Тайсон, человека благополучно спагеттифицирует, просто не перед горизонтом событий, а за ним. Затем то, что осталось от путешественника, свалится в сингулярность — область пространства с бесконечной плотностью в центре дыры. Вот.
Так что книжных полок и посланий морзянкой из прошлого, отправленных своей дочери, как в «Интерстелларе», не будет.
Читайте также 🧐
