Черные дыры. Просто о сложном.
Статья сделана сообществом ВКонтакте - Перигей | Астрономия
Ссылка на сообщество - мы тут
Экскурс - Данная статья не является научной диссертацией, и имеет много пропусков научных терминов и упрощений. Статья предназначена для общего понимания такого явления - как черные дыры. Всем приятного чтения.
Черные дыры. Просто о сложном.
Я уверен, что почти все кто хоть как-то взаимодействует с интернетом, знает, что такое черная дыра. Или думает что знает?
Ведь, в представлении человека черная дыра, это просто бездна в пространстве. Своеобразный слив в космическом пространстве. Но, так ли это на самом деле?
Появление черных дыр.
Самый очевидный путь образования черной дыры – коллапс ядра массивной звезды. Пока у звезды не закончилось топливо, ее равновесие поддерживается за счет термоядерных реакций (превращение водорода в гелий, затем в углерод, и т.д., вплоть до железа у наиболее массивных звезд). Выделяющееся при этом тепло компенсирует потерю энергии, уходящей от звезды с ее излучением и звездным ветром. Термоядерные реакции поддерживают высокое давление в недрах звезды, препятствуя ее сжатию под действием собственной гравитации. Однако со временем топливо истощается и звезда начинает сжиматься. И тогда на свет и появляется это маленькое (Ну или не совсем) чудо.
При этом, это все зависит от массы самой звезды. Небольших размеров, как наше солнце, не более трех солнечных масс, звезды оставляют после себя лишь маленький, грубо говоря, труп. Белый карлик. Так как «Выигрывают борьбу с гравитацией»: его сжатие будет остановлено давлением вырожденного вещества, и звезда превратится в белый карлик или нейтронную звезду.
Но у более массивных звезд уже ничто не может остановить катастрофичный коллапс ядра и оно сожмется настолько сильно, что пересечет радиус Шварцшильда (Радиус, до которого надо сжать любой объект, чтоб тот стал черной дырой. Зависит от массы этого объекта), став черной дырой.
Так же, черные дыры могут появляться в центре галактик, когда так же происходит коллапс, только уже газа и звезд. Такие черные дыры являются сверхмассивными и имеют массу до 20 миллиардов солнц. (Масса нашего солнца - 1 983 000 000 000 000 000 000 000 000 000 кг).
Что такое черная дыра?
По сути, это даже не объект, а область пространства-времени, гравитация которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света. Грубо говоря, это то место, откуда нельзя выбраться. Но так как мы уже знаем, что «Дыра» это лишь условное название, на деле это сферический объект, следует разобраться, из чего же она состоит. Логика подсказывает, что из того же, из чего и ядро звезды, а это - водород, гелий и остальные газы в небольшом кол-ве. Но, это не совсем так. На самом деле, никто и не знает, из чего состоит черная дыра, но точно не из привычного нам состояния этого вещества, ведь черная дыра это скорее не сгусток материи, а сгусток гравитации.
Так же, черная дыра состоит из частей:
Фотонной сферы - это место, в котором фотоны под действием гравитации начинают крутится вокруг черной дыры, то есть выходить на орбиту. Если вы попадете в эту часть черной дыры, то заметите одно необычное явление — открыв глаза и посмотрев назад, вы сможете увидеть себя. Вы будете наблюдать себя как будто в ММО-РПГ, то есть от третьего лица.
Горизонта событий - Чтож, если вы по своей глупости попали за горизонт событий, то поздравляю, вы обладатель счастливого путешествия в один конец. Это место, которое отделяет черную дыру от всей остальной вселенной, ведь за горизонтом событий притяжение черной дыры настолько сильно, что даже если вы наберете максимальную скорость во вселенной, а это скорость света (300 тысяч километров в секунду), то вы даже с такой скоростью не сможете уже пересечь горизонт событий, вас просто будет притягивать сильнее, и вашей скорости убегания будет недостаточно. Так, что вы должны просто расслабится и ждать своей участи. Весь путь до сингулярности вас будет сопровождать кромешная тьма. И даже если у вас будет фонарик который сможет светить ярче, чем самый яркий объект во вселенной — квазар, то вы ничего не увидите. Эту тьму уже невозможно развеять. Так же, если вы упали в сверхмассивную дыру, вам повезло так как вы сможете пересечь горизонт событий без последствий. Но если же, она является небольшой, то боюсь достичь его живым вы уже не сможете, так как приливные силы зависят от близости к сингулярности, центра черной дыры, а чем больше дыра, тем дальше горизонт событий от сингулярности, а значит и точка где приливные силы будут настолько сильными, что разорвут вас, находится то дальше, то ближе этого горизонта.
Сингулярность - это место, центр нашей черной дыры, и если честно никто понятия не имеет что это такое, и если говорить простым языком это — точка, находящаяся в пространстве-времени, через которую нет возможности ровно проложить геодезическую линию. Единственное что мы знаем, так это то, что в ней не действуют большинство законов физики. Здесь происходит искажение, а также разрыв пространства-времени. По сути, законы физики тут теряют логику. Существуют теории, что с помощью нее вполне возможно осуществить переход в другие миры. Это возможно сделать посредством скачка сквозь сингулярность. Именно здесь пересекаются слои Вселенной, образуя подобие под пространственного перехода. Он является соединением двух дыр – чёрной и белой. Это своеобразная машина времени, а сам факт перехода не вступает в противоречия с законами физики. Прыжки через сингулярность вращающейся чёрной дыры сделают реальными путешествия во времени в любых его направлениях. Так же, поскольку чёрная дыра окружена горизонтом событий, то сингулярность увидеть в обнажённом состоянии нельзя. Но всё-таки создают модели, с разной степенью реалистичности позволяющие это сделать.
Что будет если упасть прямо в черную дыру?
Если вы все таки решили полететь прямо к центру черной дыры то это самое глупое что вы могли придумать, сначала из далека вам это будет казаться каким-то абсолютно черным объектом, который искажает все сзади себя. Это происходит из-за гравитационного линзирования. Грубо говоря, Черная дыра просто искажает свет который летит рядом с ней.
Ну вот, вы уже прошли половину пути, и черная дыра становится уже не просто «кругом», а уже полноценным сферическим объектом. И к тому же, искажение пространства вокруг нее все сильнее, и если бы за черной дырой стояла звезда, это было бы больше похоже на то, что вокруг черной дыры образовалась «звезда-пончик».
И тут, сценарий идет по двум путям - если черная дыра сверхмассивная, то все нормально и вы можете продолжать свой безумный путь, правда вы все еще можете передумать и свалить нахрен оттуда, но у нас же нет инстинкта самосохранения, и будем лететь дальше!
Но, если же дыра оказалось малой, то тут начинается небольшой урок кулинарии.
Спагеттификация — вкусно звучит, да? Так вот, это к сожалению довольно неприятный для тебя процесс. Так как, приливные силы у черной дыры станут довольно сильными, то черная дыра будет притягивать разные части тела сильнее, чем на другие. Поэтому, тебя растянет как только выпеченную, итальянскую спаггети.
Наглядный пример.
Ты будешь растягиваться все сильнее и сильнее, пока просто не разорвешься на мельчайшие составляющие твоего тела. Именно на этом и закончится твое приключение. Как бы, а чего ты ожидал вообще?
Ну, если же черная дыра огромных размеров, то тебе удастся прожить чуть дольше. Ты пересечешь горизонт событий, перед этим увидев целое световое шоу, черная дыра перед твоим пересечением горизонта событий начнет искажать свет вокруг себя настолько сильно, что ты просто потеряешься в пространстве и перестанешь понимать, где начало, а где конец черной дыры.
Попав во внутрь черный дыры, ты увидишь… Примерно ничего. Как я уже говорил, тьма внутри черной дыры абсолютна, и ты даже воспользовавшись солнечным фонариком, ничего не сможешь увидеть, как и сам фонарик, как и себя в принципе.
Позже вас так же разорвет на элементарные частицы, после чего ваше приключение и будет закончено.
Но, очень интересно будет наблюдать вашему товарищу по приключениям, за вашим падением! Ну или нет…
Это будет самой странной вещью, которую он когда либо увидит. Сначала будет все нормально, вы все ближе и ближе подходите к черной дыре. Но вот странность, с его стороны это будет выглядеть так, что вы будете двигаться к ней все медленнее и медленнее, что вроде бы противоречит тому, что ты должен разгонятся. Но это еще не все, вот ты пересек горизонт событий, и с тобой все нормально, но твой товарищ в шоке: Ты в прямом смысле застыл на месте, ты перестал двигаться совсем и просто завис. После чего, происходят совсем мозговыносящие вещи, ты стал краснеть в прямом смысле слова, весь твой облик краснеет, а в итоге просто исчезает! Почему так произошло? Всему виной горизонт событий. Свет больше не может выбраться из горизонта событий, и поэтому он никогда не достигнет вашего глаза, но свет который еще не успел достигнуть вас, и создает иллюзию, что вы просто зависли. Так же, свет начнет быть менее интенсивным и из-за этого краснеть, пока совсем не исчезнет.
Модель падения в черную дыру. В нижнем левом углу — траектория падения. Решетка — горизонт событий. В нижнем правом углу — время.
Теории связанные с черными дырами.
Из-за непонятности природы черных дыр, с ними связаны много теорий. Одни из них довольно популярны, другие же нет.
Космология черной дыры.
Модель космоса, согласно которой наблюдаемая вселенная находится внутри Черной дыры.
Любая подобная модель требует, чтобы радиус Хаббла (Радиус, после которого невозможно увидеть другие объекты, так как из-за расширения вселенной они «убегают» от нас быстрее скорости света) наблюдаемой Вселенной равнялся её радиусу Шварцшильда (смотреть описание выше). По имеющимся в настоящее время данным, эти величины действительно одинаковы. В такой модели ускоряющееся расширение видимой Вселенной тогда будет трактоваться как бесконечное падение с ускорением, а Большой взрыв - как начало коллапса массы нашей Вселенной внутрь радиуса Шварцшильда, то есть взрыв происходит "внутрь".
То есть, наша вселенная и есть черная дыра, а радиус Хаббла ничто иное, как горизонт событий
То, как черная дыра искривляет пространство-время. Видно, что оно создает «горло», после которого и может оказаться наша наша, или любая другая вселенная.
То, как черная дыра искривляет пространство-время. Видно, что оно создает «горло», после которого и может оказаться наша наша, или любая другая вселенная.
Белые дыры
Белая дыра — возможный объект во вселенной, в область которого ничто не может войти. Белая дыра является противоположностью черной дыры и предсказывается теми же уравнениями общей теории относительности. Большинство физиков убеждены, что белых дыр в природе в принципе быть не может.
Если же, гипотеза о их существовании все же верна, это означает, что червоточины вполне возможны, а значит и лететь до какой-то далекой цели и необязательно, нужно лишь создать или стабилизировать червоточину и прыгнуть в нее
Правда, на сегодняшний день неизвестны объекты, которые можно достоверно считать белыми дырами, также неизвестны способы их образования помимо реликтового — сразу после большого взрыва, который был довольно давно, а также нет нет методов их поиска (в отличие от черных дыр, которые должны находиться, например, в центрах крупных галактик).
Израильские астрономы Аллон Реттер и Шломо Хеллер предполагают, что аномальный гамма-всплеск GRB 060614, который произошёл в 2006 году, был белой дырой. (История интересная, однажды может расскажу и про нее).
Алон Реттер считает, что белые дыры, возникнув, сразу распадаются, процесс напоминает Большой взрыв, Реттер с коллегами назвали его Маленький взрыв (Или Small Bang).
Так же, согласно одной из теорий квантовой гравитации, чёрные дыры со временем превращаются в белые
Конец.
Будем очень рады послушать ваши отзывы и критику, по поводу этой статьи. То, что мы могли не учесть, или просто забыли. Так же можете заглянуть в наше сообщество, там много чего интересно, для тех, кому так же как и нам нравится астрономия, и эта замечательная наука в целом.
Всем большое спасибо за внимание, и до скорого!
Слияние двух черных дыр.
