2020-10-22

Что будет, если Земля столкнется с черной дырой. Что будет, если попасть в черную дыру?

Что такое черная дыра?

Чтобы в полной мере понять, почему вы не можете просто упасть или запустить свой космический корабль в черную дыру, вы должны сначала понять основные свойства этих космических объектов.

Черная дыра – это место, где гравитация настолько сильна, что никакой свет или что-либо еще не может вырваться наружу.

Черные дыры не просто назвали именно так, поскольку они не отражают и не излучают свет. Они видны только тогда, когда поглощают очередную звезду или газовое облако, которые после этого не могут выбраться за границу черной дыры, называемой горизонтом событий. За горизонтом событий находится крошечная точка — сингулярность, где гравитация настолько интенсивна, что она бесконечно изгибает пространство и время. Именно здесь законы физики, какими мы их знаем, нарушаются, а это означает, что все теории о том, что находится внутри черной дыры, являются лишь предположениями.


Этот снимок считается первой фотографией черной дыры M87. Она находится в 55 миллионах световых лет от Земли

Черные дыры кажутся экзотикой большинству из нас, но для ученых, которые на них специализируются, их изучение — обычное дело. Физики выдвигали теории о подобных объектах в течение десятилетий после того, как общая теория относительности Альберта Эйнштейна предсказала существование черных дыр. Однако эта концепция не воспринималась всерьез до 1960-х годов, пока ученые не стали свидетелями поглощения звезд черными дырами. Сегодня черные дыры считаются частью звездной эволюции, и астрономы подозревают, что даже в нашей галактике Млечный Путь их миллионы.

Какие бывают черные дыры

Черные дыры бывают разных видов и могут быть смоделированы с различными уровнями сложности. Например, одни могут вращаться, а другие — содержать электрический заряд. Так что если вы попали в одну из них (ну, допустим, вас не разорвало в клочья до этого), ваша точная судьба может зависеть от того, с какой именно черной дырой вы столкнетесь.

На простейшем уровне существуют три вида черных дыр: звездные черные дыры, сверхмассивные черные дыры и черные дыры средней массы (реликтовые).

Черные дыры с массой звезд образуются, когда очень большие звезды заканчивают свой жизненный цикл и разрушаются. Реликтовые черные дыры все еще мало изучены, и за все время было найдено только несколько таких объектов. Но астрономы считают, что процесс их образования схож с таковым у сверхмассивных черных дыр.

Сверхмассивные черные дыры обитают в центрах большинства галактик и, вероятно, могут увеличиваться до невероятных размеров. Они в десятки миллиардов раз более массивные, чем наше Солнце — за счет поглощения звезд и слияния с другими черными дырами.


После разрушения звезда может стать черной дырой

Звездные черные дыры по размеру могут быть ничтожными по сравнению с их более крупными братьями, но на самом деле они обладают более экстремальными приливными силами, выходящими за пределы их горизонтов событий. Эта разница возникает благодаря особому свойству черных дыр, которое, вероятно, удивит некоторых случайных наблюдателей. Меньшие черные дыры на самом деле имеют более сильное гравитационное поле, чем сверхмассивные. То есть вы скорее заметите изменение в гравитации рядом с небольшой черной дырой.

Что нам известно о черных дырах?

Черные дыры волнуют и одновременно интригуют не только ученых. В будущем интерес к этим таинственным объектам будет только расти, особенно после открытия гравитационных волн и первой фотографии черной дыры. Напомню, что существование гравитационных волн было предсказано в Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, однако доказать их существование удалось лишь в феврале 2016 года. Уже в 2017 году ученым коллаборации LIGO и VIRGO, которые совершили открытие, вручили Нобелевскую премию по физике.

Гравитационные волны представляют собой искривление гравитационного поля, которое происходит из-за столкновения массивных объектов, например, двух сверхмассивных черных дыр. Искривление гравитационного поля распространяется подобно волнам, поэтому мы и называем это событие гравитационными волнами. Подробнее об этом выдающемся научном открытии читайте в увлекательном материале Ильи Хеля.

Практически год назад, 12 апреле 2019 года, как раз в день космонавтики, мир увидел первую в истории фотографию черной дыры, а точнее, ее горизонта событий. Помимо самого ошеломительного факта – ученые сфотографировали черную дыру – это открытие доказало существование таинственных космических монстров. Дело в том, что все эти годы черные дыры считались гипотетически существующими объектами. Затем, несколько месяцев спустя, NASA представили первую визуализацию смоделированной черной дыры, на которой можно увидеть как экстремальные гравитационные силы, создаваемые этими массивными объектами, искажают свет вокруг себя, создавая эффект кривого зеркала. Однако несмотря на то, что мы смогли увидеть черные дыры и даже смоделировать их поведение, мы не знаем что находится за горизонтом событий. И вряд ли узнаем это в ближайшем будущем. Но хорошие новости заключаются в том, что наука, вооруженная воображением, поможет в поисках ответа на этот и другие, не менее интересные вопросы.

Какой они бывают формы? Если в черную дыру все проваливается, значит, у нее есть дно?

Черные дыры могут быть двух форм: если она почти не вращается — сферической, а если вращается быстрее — сфероидальной (сплющенная сфера). Как правило, все черные дыры вращаются — какие-то быстрее, какие-то медленнее. Дна в черной дыре нет. Мы не до конца понимаем, что конкретно происходит в самом центре, где законы физики перестают работать. Общая теория относительности говорит нам, что кривизна пространства в центре черной дыры бесконечна. Но это означает только, что теория в центре черной дыры не работает. Поэтому, например, попытки создать квантовую теорию гравитации — это попытки ответить, что может быть в самом центре черной дыры. Пока простейший ответ — это бесконечность, сингулярность. Но в природе нет ничего бесконечного, значит, пока в нашем уравнении что-то не так.  

Откуда берутся черные дыры?

Это зависит от их массы. Черные дыры бывают небольшими (несколько масс нашего Солнца), а могут быть очень массивными (миллионы масс Солнца). Размер черных дыр пропорционален их массе.

Черные дыры с околосолнечной массой могли зародиться в ранней Вселенной. Подобная черная дыра может образоваться путем сжимания звезды в 20–60 раз больше нашего Солнца, которая взрывается в конце жизни, а то, что останется в центре, сожмется до размеров черной дыры, сколлапсирует. Массы таких черных дыр ограниченны — больше 5 солнечных масс, но меньше 50–60 солнечных масс. 

Пример массивной черной дыры показали 10 апреля благодаря «Телескопу горизонта событий», который сфотографировал объект в центре галактики M87 с массой в миллиарды солнечных. В центре нашей Галактики тоже есть подобная черная дыра, ее масса — 4 миллиона солнечных. Эта черная дыра образовалась вместе с Галактикой — либо от гигантского газового облака, которое сжалось и образовало черную дыру, либо это было первое поколение тяжелых звезд, которые образовывали первые черные дыры, те, в свою очередь, сливались и формировали черные дыры размером в тысячу солнечных масс. Основной механизм роста массы черных дыр в центре галактик — заглатывание газа из окружающей среды. Чем больше «бросаешь» в черную дыру, тем больше она растет. Более того, если «бросать» газ или частицы в черную дыру в одном направлении, она еще будет и раскручиваться.  

Сколько уже открыто черных дыр?

Объектов, которые ведут себя как одиночные черные дыры (тянут на себя материю и газ), очень много. Что касается двойных черных дыр, если верить каталогу LIGO и VIRGO, то их всего 10 пар. 

В чем необычность черной дыры?

Как отмечает эксперт, такая звезда имеет чудовищную плотность. А все умирающие звезды такие плотные, поскольку у них нет излучения и они сжимаются до очень малых размеров. У них такая плотность, что она, по сути, способна вокруг себя искривлять пространство и время, по уравнениям Эйнштейна.

Что, вообще, это такое? Как ее обнаружить, и насколько она опасна? Дело в том, что Земля вращается вокруг Солнца, потому что Солнце своей массой притягивает Землю к себе и держит ее. По всей видимости, если Солнце умрет и сожмется в какой-то маленький объект, его масса при этом не исчезнет. Оно перестанет светить, будет очень компактным, но сохранит свою массу.

Масса, угловой момент и электрический заряд черной дыры

Итак, мы знаем, что черные дыры появляются в результате взрывов сверхновых – это явление, в ходе которого массивные звезды резко меняют свою яркость, а затем затухают. Некоторые из таких звезд сразу же коллапсируют в черные дыры, другие проходят все этапы звездной эволюции – из сверхновой звезды они могут становиться нейтронными звездами – самыми плотными объектами во Вселенной, которые коллапсируют в черные дыры. Но как ученые измеряют массу и свойства этих космических монстров?

Существуют три свойства черной дыры, которые (в принципе) поддаются измерению: ее масса, угловой момент (спин) и общий электрический заряд. Сторонний наблюдатель, вроде нас с вами, с борта корабля воображения может судить лишь об этих трех параметрах, а вот вся информация о том, что же находится за горизонтом событий и какой у черной дыры состав неизвестна. Ученые называют это “теоремой об отсутствии волос», так как вся информация об исходной материи (ее и называют волосами) скрыта за горизонтом событий. Исходя из всех трех параметров, масса, пожалуй, является наиболее значимым: именно масса черной дыры – и огромные гравитационные силы, которые она порождает – наносят ущерб близлежащим объектам.

Черные дыры действительно бесконечно расширяются, поглощая все на своем пути?

Нет. Если в черную дыру специально бросать объекты, масса будет увеличиваться, но в нее очень сложно попасть. Черная дыра при этом будет оставаться очень маленькой. Звездам и газу, которые вращаются вокруг черной дыры, ничего не угрожает — нужно быть действительно очень близко к черной дыре, чтобы она начала их поглощать. 

Могут ли две черные дыры столкнуться? Что тогда произойдет?

Две черные дыры очень тяжело столкнуть. Для этого они должны быть на очень близком расстоянии друг к другу. Один из способов — двойные звезды, которые обе в результате «старения» превратились в черные дыры, тогда они будут с самого начала близко друг от друга. 

Чтобы две массивные черные дыры в сталкивающихся галактиках оказались близко, нужны миллиарды лет. И они должны быть очень близко, чтобы гравитационное излучение стало таким, что они сольются в течение нескольких десятков лет. В результате слияния черных дыр получается опять же черная дыра с большей массой и больше по размерам. 

Поглотит ли черная дыра Землю?

“Уверяю вас, на Земле никаких последствий от такого соседства быть не может. Это очень далеко”, — подчеркивает Богачев.

Он рассматривает такое относительно близкое нахождение черной дыры исключительно как интересный факт с точки зрения научных исследований.

А если бы черная дыра была совсем рядом? Возможно ли изменение времени на Земле?

“Любое движущееся тело замедляет время — это фундаментальный закон природы, — говорит ученый. — На Земле, конечно, все виды транспорта, которыми мы пользуемся, крайне далеки от таких скоростей. Хотя и используют в научной фантастике такие сюжеты, когда один близнец улетает в космос, а другой остается на земле — и улетевший в итоге возвращается моложе, чем его брат”.

Эффект замедления времени наблюдают в ускорителе — Большом адронном коллайдере. Как объясняет ученый, там частицы разгоняются до скоростей света, меняется не только время, которое замедляется — изменения охватывают их массу. Однако к “обычной” жизни подобные изменения имеют мало отношения.

“Поскольку все звезды, как молекулы в газе, движутся, сближаются, удаляются, может быть, когда-нибудь наше Солнце сблизится с такой звездой — черной дырой, и тогда сложится другая ситуация, на текущий момент, конечно, это интересное наблюдение, но не более того”, — обнадежил в итоге астрофизик.

Смертельная опасность для Земли

Нашу планету может уничтожить черная дыра, имеющая радиус всего 2 см. Ближайший страшный для человечества объект находится на расстоянии в 3 тысячи световых лет. Второе чудовище находится в отдаленности 6-и тысяч лет.

По мнению астрофизика Кевина Пимбблета из Великобритании, если наша Земля окажется рядом с черной дырой, то возможно несколько вариантов развития событий. Для простого человека все они кажутся просто фантастическими.

  • Та часть планеты, которая будет находиться ближе к объекту, начнет притягиваться гораздо быстрее. Со временем земля превратится в бесконечно длинную струйку вещества, уходящую за горизонт событий. В конечном итоге вся планета будет затянута черной дырой.
  • Какое-то время люди даже не заметят, что Землю поглощает черный монстр. Катастрофические изменения произойдут не сразу.
  • Земля сгорит еще на пути к объекту.
  • Планета Земля, конечно, будет уничтожена, но появится ее копия.

Черная дыра может засосать Землю или нет: есть ли опасность для Земли
Ученые сошлись только в одном мнении, что черные дыры являются не только разрушителями всей материи, которая попадает под их гравитационное поле. Они играют огромную роль в создании галактик, работают санитарами Вселенной. Возможно, с их помощью Солнечная система стала тем местом, где в относительном спокойствии «живет» наша Земля.

Все варианты выдвинутых гипотез выглядят неправдоподобными. Единственное, что известно ученым наверняка, черные дыры существуют.

А что там, за горизонтом событий, пока остается тайной. Вдруг там находится совершенно другая материя, и законы физики действуют иначе, а время движется вспять?

Солнце не может стать черной дырой

Ученые, занимающиеся исследованием космоса, пришли к выводу, что Солнце, имея сравнительно небольшие размеры, никогда не сможет стать черной дырой. Для такого перерождения нужна звезда в 20 раз массивнее.

Какое будущее у нашего Солнца?

  1. Оно может взорваться и закончить свою жизнь, превратившись в сверхновую.
  2. А может стать белым карликом и продолжать светиться, используя остаточное тепло.

Произойдет это не раньше, чем через 5 млрд лет.

Стоит ли насторожиться?

Фактически в ближайшем к Земле космическом пространстве активных чёрных дыр нет. Существующие образования с колоссальной гравитацией влиять не могут на нас. Известно, что «соседняя» чёрная дыра имеет идентификационный номер А0620-00, а в атласе космических тел она называется V616 Monocerotis.

Располагается она на дистанции неимоверной длины – примерно 3 300 LY (световой год). Это крайне далеко, учитывая, что расстояние в 1 LY нормальный фотон, являющийся электромагнитной волной, в вакууме преодолевает за классический юлианский год – 365 суток. Дистанция здесь составляет ориентировочно 9,461 х 1015 метров.

С чёрной дырой не повстречаются даже тысячные поколения живущих сегодня людей. Вес А0620-00 превышает массу нашего Солнца в 6,61 раз. Такой показатель означает действительно колоссальную мощь космического объекта. Его гравитационная сила притяжения фактически стократно превосходит значение солнечной силы притяжения.

Теоретический разрыв планеты Земля вероятен, если произойдёт сближение с V616 Monocerotis на 3,72 световые секунды – это менее 800 000 км. Допустимость подобного сценария, конечно, в нашей жизни весьма условная. Воздействие чёрной дыры на Землю сегодня и в ближайшие тысячелетия не угрожает.

Скоро появится сверхмощная черная дыра

Черная дыра может засосать Землю или нет: есть ли опасность для Земли
Астрономам удалось обнаружить в космическом пространстве, находящемся на расстоянии 1 млрд лет от нашей планеты, три галактики, которые готовы слиться воедино.  В NASA прокомментировали, что центром каждой системы стала черная дыра. Для изучения процесса слияния потребовалось применить несколько телескопов разного назначения.

Выяснилось, что расстояние между этими галактиками примерно 20000 световых лет. Авторы исследования считают, что слияние произойдет достаточно нескоро, даже по космическим меркам. Это будет космический, грандиозный катаклизм. Столкновение трех сверхмассивных объектов вызовет гравитационные волны катастрофических масштабов.

Источники

  • https://earth-chronicles.ru/news/2020-08-01-142786
  • https://Hi-News.ru/eto-interesno/chto-proizojdet-esli-ryadom-s-zemlej-poyavitsya-chernaya-dyra.html
  • https://meduza.io/feature/2019/04/17/chto-budet-esli-popast-v-chernuyu-dyru-otkuda-oni-voobsche-berutsya-dlya-chego-ih-izuchayut
  • https://www.pravda.ru/science/1501028-darkhole/
  • https://www.ptoday.ru/novosti-i-sobytiya/chernaja-dyra-mozhet-zasosat-zemlju-ili-net-est-li-opasnost-dlja-zemli/
  • https://zen.yandex.ru/media/id/5d642fc005fd9803e2d98146/poglotit-li-chernaia-dyra-zemliu-5d9711edec575b00af173db8
  • https://zen.yandex.com/media/factshistory/chto-sluchitsia-esli-nasha-zemlia-popadet-v-chernuiu-dyru-3-nauchnye-teorii-5efe36364df59217a6b2992f

[свернуть]