Det har gått flera veckor sedan konstiga saker började hända på natthimlen. Du, som många andra, följer aktivt nyheterna. Presidenten talar, han stöds av astrofysiker, geologer och klimatologer. Han är nervös, men hyllar traditionen och delar in nyheterna i "dåliga" och "goda". De goda nyheterna: vi är inte döda, planeten förstörs inte, den sveps inte ut i rymden eller snurras i ett tyngdkraftshjul. De dåliga är "mycket intressanta klimatförändringar." Att försöka överleva bredvid ett svart hål är som att fly Titanic - för den kalla döden i havet.
Innan du når ditt larmfall eller börjar bli galen: frukta inte, det här är bara ett tankeexperiment. Svarta hål är ett av de mest skrämmande fenomenen i universum. Deras enorma vikt böjer rum och tid - och vår förståelse av deras natur - till det yttersta, till en punkt. Supermassiva svarta hål lurar i galaxernas kärnor och sväljer miljontals miljarder stjärnor.
Vad händer om ett svart hål föds eller upptäcks nära vårt solsystem?
Som med de flesta hypotetiska frågor är djävulen i de små sakerna. Hur nära? Varifrån? Vad är massan?
Det bör noteras genast att vår sol aldrig kommer att bli ett svart hål. Detta kräver en massa som är i storleksordningen större än solen - 10-15 gånger. Då kommer det att bli en gravitationskollaps, under påverkan av tyngdkraften kollapsar materien bokstavligen till en punkt. Ett liknande fenomen är kärnan i vätebomber och i teorin om kall termonukleär fusion, såvida inte gravitationen spelar en annan roll. Dessutom är andra stjärnor i närliggande galaxer inte lämpliga för rollen som potentiella svarta hål. De flesta av dem är röda dvärgar och har en massa på 8-60% av vår sol.
Två alternativ kvarstår: antingen visas ett svart hål spontant i vår närhet, eller så kommer det från ingenstans. Men den första, trots att protestera mot forskning på Large Hadron Collider, är omöjlig (vi förklarar varför senare).
När det gäller den andra har astronomer och astrofysiker bekräftat att det finns cirka 2000 vandrande svarta hål, men chansen att en av dem når oss är nära noll. Och som författaren Douglas Adams påpekade:
”Kosmos är fantastiskt. Du kan helt enkelt inte inse hur otrolig och imponerande han är. Jag menar, det kan verka som en lång väg till apoteket, men enligt rymdstandarderna är detta frön."
Kampanjvideo:
Detta innebär att sannolikheten för en sådan händelse är för intressant för att inte överväga den närmare.
Påverkan av svarta hål på rum och tid
Om du tittar på ett svart hål på avstånd ser det ut som alla andra massiva föremål. Så länge det är precis framför dig, följer det lagarna i klassisk mekanik och Newtons lag om universell tyngdkraft, som säger att attraktionen mellan två objekt är proportionell mot deras massa och minskar med ökande avstånd. Med andra ord finns det ingen gravitationsskillnad mellan R136a1, en "blå" dvärg som väger 265 solar och ett svart hål med samma vikt.
Kom närmare det svarta hålet för att komma in i gravitationsfältet och du kommer att ställas inför två olika uppsättningar regler. Einsteins generella relativitetsteori, som gör att svarta hål kan böja rum och tid, och extrem gravitation, vilket tar denna krökning till det yttersta.
Om du vill studera ett svart hål utan att komma ur ett rymdskepp kommer du att upptäcka att ju närmare du kommer till mitten av den enorma massan, desto mer kommer dina motorer att anstränga dig för att hålla dig i en cirkulär bana. Först kommer små impulser från raketen att stabilisera den; men ju längre du går desto mer energi måste du spendera för att inte lämna omloppsbanan. Som ett resultat kommer endast raketmotorns oavbrutna funktion att skilja dig från det alltödande ingenting.
Så snart du har slut på bränsle (eller om du blir galen och stänger av motorerna) kommer du att korsa händelsehorisonten för det svarta hålet, gränsen från vilken inte ens ljuset kan komma tillbaka. Efter det måste du svara för alla dina synder. Ingenting kommer att stoppa den obevekliga rörelsen mot singulariteten - kärnan i oändligt komprimerat rum och tid, där fysik, som vi känner den, krullar sig till en boll och gnäller.
Tiden kommer att avta när du går framåt. Väldigt mycket. Ur din synvinkel kommer inget att förändras, men dina vänner som tittar på ditt trick kommer att se ut som suddiga blixtar. Men bara till händelsehorisonten - ljuset går inte längre än det, vilket innebär att ingen kan se dig. Perfekt brott, eller hur?
Gravitationella tidsförvrängningar är vanligt förekommande, men för svaga för att märkas. På jorden, till exempel, efter att ha bott en miljard år vid havsnivå, kommer du att vara en sekund yngre än din kamrat som bodde vid Everest-toppen. De säger att tiden är rädd för pyramiderna, men du måste spendera för mycket tid på att luta din kind mot den för att känna avmattningen i Paris.
Tiden snurrar runt i ett svart hål. När vi säger att det inte kan undvikas att falla i en singularitet betyder det inte bara gravitationens oförlåtliga verkan eller förvrängning av rymden. Tiden i ett svart hål krymper till den punkten att vägen till singularitet bokstavligen blir din framtid. Att fly från singulariteten kommer att vara som att försöka stoppa tiden.
Vill du veta vad som kommer att hända i vårt solsystem om det lyckas hamna i en sådan malström? Läs vidare.
Domedag
Anta att ett svart hål är fastnat i ett binärt system och kramar en stjärna som håller på att gå supernova. Plötsligt händer det, gravitationsjätten skjuter i vår riktning med en hastighet på tiotals och hundratals kilometer per sekund. Hur vet vi om detta?
Svaret är enkelt: vi vet inte förrän det kolliderar med något, eftersom svarta hålens massiva gravitation inte ens släpper ut ljus. Så istället för att försöka hitta svartpeppar på en svart matta, låt oss titta på några sätt som hjälper oss att direkt identifiera ett svart hål.
För det första kommer materia som sönderrivs av det svarta hålet att avge strålning när accretionsskivan roterar. Utrymmet runt kommer att lysa som ett halsband av nyårslyktor som bärs av en katt (konstig fantasi, men så är det).
För det andra kan förvrängningen av rymden runt svarta hål detekteras med jordiska metoder. Detta är gravitationslinser förutsagda av Einsteins allmänna relativitetsteori. Effekten manifesterar sig nära massiva föremål och registreras av astronomer.
Men även under ideala förhållanden är det svårare att hitta ett svart hål på detta sätt än att hitta loppor på en prickig hund på natten med kikare. Med en ögonplåster. För en lyckad gravitationellinsning måste ett svart hål passera mellan oss och stjärnan. Och efter det måste vi fortfarande ha tur.
Dessutom kan ett svart hål göra sig känt om det samverkar gravitationsmässigt med himmelska föremål som planeter, stjärnor, asteroider och kometer, vilket återigen leder oss till nyckelfrågan: hur nära kommer vårt hypotetiska svarta hål, inbäddat i grannskapet, att ligga?
Naturligtvis, ju närmare, desto farligare. När planeter och månars banor närmar sig, kommer de att dansa salsa som en sparv som fångas i en spindelnät, dra krokiga banor och störa ordningen som de har försökt sätta ihop sedan Nicolaus Copernicus tid.
Här på jorden skulle ebb och flöde och himmelens färg förändras. Om tyngdkraften, enligt order av Zhirinovsky, rör planetens bana längre från solen, för den närmare, gör den mer elliptisk, i bästa fall kommer vi att lida av temperaturförändringar och konstigheter med årstiderna. I värsta fall (förutom att bli en del av ett svart hål) kan jorden falla i solen eller åka på en lång resa i rymdens djup och döma oss alla till kall död.
Den berömda astrofysikern Neil de Grasse Tyson uttryckte en gång kortfattat de problem som skulle uppstå om en "svart gäst" börjar i närheten:
"Om vi besöker ett svart hål kommer solsystemet att ha en dålig dag."
Tja, låt oss inte flytta från fot till fot framför evenemangshorisonten och äntligen dyka.
Kontakt: goda och dåliga nyheter
Det finns ett ord på sex bokstäver på ryska som bäst skulle beskriva vad som väntar oss. Låt oss bara kalla det undergång. Forskare lärde sig att dela med noll, och vi hamnade i ett svart hål. Till och med Bruce Willis med ett modigt besättning av oljearbetare, specialutbildade i Chelyabinsk, skulle inte ha räddat oss.
Om ett svart hål dök upp i närheten av Neptunus skulle vi omedelbart känna det. Forskare känner till Neptuns bana så väl att de till och med kan upptäcka en avvikelse på 1 bågsekund (en vinkelmåttenhet). Ett vanligt svart hål med en massa av tio solar, som flyger med en hastighet av 300 km / s, skulle ge sig ut ytterligare en tiondel av ett ljusår.
Och här är de sista goda nyheterna: ett svart hål i den här storleken kommer att ge oss minst 100 år att slutföra våra jordiska angelägenheter. Kanske en fara av denna storlek kommer att avsluta alla jordiska krig eller starta ett globalt krig. Kanske kommer mänskligheten att ha tid att förstöra sig själv så snart den lär sig att om hundra år - allt, kaput. Det spelar ingen roll ännu. Om hålet rör sig långsammare kommer den dödliga väntetiden att fördubblas. Och då borde det finnas tillräckligt med tid att bygga en ark eller samla en planetväska med saker.
När det närmar sig Neptunus drar den svarta döden gasjätten ur omloppsbanan. Planeten börjar bete sig konstigt: när den rör sig bort från oss inträffar en rödförskjutning - våglängden för dess strålning, inklusive ljus, går in i det röda spektrumet. Så snart Neptun är bakom det svarta hålet dras gravitationslinsen över den svarta sfären och flyter runt den. När planeten dyker upp igen, redan framför oss, genomgår dess färger ett blått skift - våglängden går till denna ände av spektrumet.
Röd och blå förskjutning är som regel en konsekvens av att ett stjärnobjekt tas bort eller närmar sig i förhållande till oss. Det ser ut som Doppler-effekten under en ambulansresa nära oss.
Samtidigt, när det svarta hålet "äter" planeten, kommer gasen att virvla i en gravitationsspiral, som socker under skapandet av godis. Ur vår synvinkel kommer spiralen för alltid att gå in i händelsehorisonten. Men ljuset som avges av Neptuns död kommer att reflekteras från det svarta hålet negativt, som solkorona under en förmörkelse.
Ju närmare det svarta hålet är jorden, desto mer kommer förvrängningseffekten runt den att manifestera sig, som i en böjd spegel. Alla teleskop ser bara tomrummet i mitten av det svarta hålet.
Om vår svarta död är ett supermassivt svart hål kommer historien redan att avslutas - dess händelsehorisont kommer att vara fem gånger större än solsystemet. Men det här är tråkigt. Låt oss se hur ett av dessa monster ser inifrån.
Slutet av världen, eller genom glaset
Du klättrar upp på kaninhålet och vet att din bekantskap med honom blir mycket kort. Vi hoppas att vi har tid att åtminstone bedöma det inre av det svarta hålet. Lyckligtvis för oss, men tyvärr för solsystemet, är detta svarta hål supermassivt. Vi ändrade reglerna, men om vi inte gjorde det skulle det ha upphört av någon anledning.
I ett litet svart hål - säg med en massa av 30 solar - skulle tidvattenkrafter orsakade av en ökad tyngdkraft riva oss sönder långt innan vi nådde händelsehorisonten. Men tyngdkraften finns någonstans runt en miljon jordarter. För att njuta av segern - när allt kommer omkring, vi har nått händelsehorisonten - har vi inte ens 0,0001 sekunder.
En helt annan upplevelse väntar oss i ett supermassivt svart hål med en massa på 5 miljoner solar, som den i mitten av vår galax. Varje svart hål som har absorberat en massa på mer än 30 tusen solar har tidvattenkrafter med tyngdkraften mindre än en jord i händelsehorisonten. Vi har 16 sekunder på oss att titta runt (och ändra spelreglerna) innan vi når singularitetspunkten. Ju mer massa, desto mer tid.
Att falla genom händelsehorisonten är som att somna eller bli kär: det är svårt att bestämma en utgångspunkt för när detta kommer att hända, men efteråt kommer din känsla av verklighet att bli helt annorlunda. I ett svart hål ser du stjärnor (ljus kommer in, men inte tvärtom), men utrymmet runt dig kommer att likna en tvålbubbla.
Tja, efter att du har krossats till intet kommer du att befinna dig i en punkt med oändlig krökning, där den tid och det utrymme vi känner tar slut.
Ilya Khel