Черные дыры — одни из самых загадочных и экстремальных астрономических явлений, о которых мы знаем во Вселенной. Но что произойдет, если вы попадете в один из них?
Эти космические тела являются областями пространства-времени, где гравитация настолько велика, что ничто, даже свет, не может ускользнуть.
В большинстве случаев черные дыры формируются как остатки звезд, погибших в результате катастрофических космических взрывов, известных как сверхновые.
В центре черной дыры находится сингулярность — одномерная точка, где, как предсказано, гравитация бесконечна, а законы физики, какими мы их знаем, нарушаются.
Его окружает область, известная как горизонт событий — граница, за которую ничто не может выйти из-за сильного гравитационного притяжения. Горизонт событий назван так потому, что внутри него невозможно наблюдать какое-либо событие.
Черные дыры делятся на два основных класса: звездные и сверхмассивные (хотя недавние исследования показали, что может существовать и промежуточный класс). Звездные черные дыры, как правило, имеют массу в несколько раз больше, чем наше Солнце. Сверхмассивные черные дыры могут иметь массы от миллионов до миллиардов масс Солнца.
Что произойдет, если вы подойдете слишком близко к черной дыре?
Итак, давайте представим гипотетическую ситуацию, в которой человечество освоило межзвездные путешествия (считается, что ближайшие черные дыры находятся на расстоянии тысяч световых лет), а астронавт подошел слишком близко к черной дыре либо на космическом корабле, либо во время выхода в открытый космос. Что произойдет, и насколько близко слишком близко?
«Точка невозврата для черных дыр — это горизонт событий», — сказал Newsweek Бен Фарр, физик и астроном, занимающийся гравитационными волнами из Орегонского университета . «Это точка, в которой искривление пространства, вызванное черной дырой, настолько велико, что даже свет, самые быстро движущиеся частицы во Вселенной, не может пройти куда-либо, кроме центра черной дыры, когда он пройдет ее».
По словам Фарра, горизонт событий для типичной черной дыры «звездной массы», скажем, в 10 раз превышающей массу нашего Солнца, находится примерно в 30 километрах (19 миль) от ее центра. Для сверхмассивной черной дыры размером с ту, что находится в центре нашей галактики, эта цифра намного больше — около 12 миллионов километров (7,4 миллиона миль).
Если бы вы подошли слишком близко к черной дыре, вас отправили бы в свободное падение к центру, при этом гравитационные силы увеличивались бы по мере вашего приближения, создавая силу притяжения на вашем теле.
Но опыт астронавта, приближающегося к горизонту событий черной дыры, очень сильно зависит от ее размера. Возможно, вопреки интуиции, приближаться к сверхмассивным черным дырам может быть безопаснее, чем к звездам со звездной массой — по крайней мере, в краткосрочной перспективе.
« Черная дыра звездной массы имеет такие экстремальные приливные силы за пределами ее горизонта событий (астронавт, падающий ногами вперед, будет ощущать более сильную гравитацию у своих ног, чем у головы), что наш астронавт будет разорван на части задолго до того, как достигнет горизонта событий», — Фарр. сказал. «Приливные силы ощущаются объектом, когда сила тяжести, которую он испытывает от какого-либо массивного объекта, сильнее с одной стороны, чем с другой».
Из-за экстремальных приливных сил астронавт испытает эффект, метко названный « спагеттификацией » — по сути, они будут вытянуты вертикально, как тесто для спагетти, которое повар растягивает (но гораздо сильнее).
«Поскольку горизонт событий намного ближе к маленькой черной дыре, чем к большой, эффект будет намного больше для маленькой черной дыры», — сказал Newsweek Гленн Старкман, физик и астроном из Университета Кейс Вестерн Резерв .
Фактически, приливные силы вокруг черной дыры звездной массы были бы достаточно сильны, чтобы превратить астронавта и его космический корабль, вероятно, на расстоянии нескольких сотен километров.
С другой стороны, по словам Фарра, приближение к сверхмассивной черной дыре поначалу будет на удивление мирным, и свободно падающий астронавт может даже достичь и пересечь ее горизонт событий, вероятно, не заметив ничего особенного.
«Астронавт, пересекающий сверхмассивную черную дыру, должен получить удовольствие от путешествия», — сказал Старкман. «Вероятно, они не заметят ничего необычного, разве что сообщения из дома станут странными — будет казаться, что они не в курсе ваших путешествий».
«Это потому, что сообщениям от вас требуется все больше и больше времени, чтобы выбраться из-под гравитации черной дыры. Это верно как для звездных, так и для сверхмассивных черных дыр», — сказал он. «Ваши друзья дома будут видеть, как вы все ближе и ближе приближаетесь к горизонту событий, но никогда не увидят, как вы пересекаете его. Однако на самом деле вы скоро пересечете его».
По словам Фарра, в случае сверхмассивной черной дыры астронавт сможет найти стабильную орбиту для своего космического корабля на высоте 24 миллиона километров (15 миллионов миль) над горизонтом событий, для поддержания которой не потребуется топлива.
«Здесь гравитация вокруг черной дыры становится заметно другой: чем ближе, тем больше астронавту придется использовать двигатели своего космического корабля, чтобы не упасть в черную дыру, и чем ближе он подходит к горизонту событий, тем больше тяга, которая понадобится ей от двигателей ее космического корабля, чтобы избежать черной дыры, и она становится бесконечной, когда она пересекает горизонт событий», — сказал Фарр.
Что происходит, когда вы пересекаете горизонт событий?
Если бы астронавт каким-то образом добрался до горизонта событий сверхмассивной черной дыры, все могло бы стать действительно странным.
«То, что я сказал выше, предполагает, что общая теория относительности является правильной теорией на горизонте событий. Не все согласны с этим», — сказал Старкман. «Некоторые люди думают, что традиционная физика ломается на горизонте событий, и с вами происходят всевозможные странные вещи, в том числе то, что вам, возможно, никогда не удастся проникнуть за горизонт событий».
