Kas notiek, ja jūs iekrītat melnajā caurumā?

Melnie caurumi šķiet kā zinātniskās fantastikas lieta, taču realitāte ir vēl savdabīgāka

Uzziniet vairāk par melnajiem caurumiem

Melnais caurums ir laika telpas apgabals, kas gravitācijas ietekmē ir tik izliekts, ka pat gaisma nevar no tā izkļūt.

Savā jaunajā grāmatā Melnie caurumi , astronoms Dr Eds Blūmers vienkāršā veidā izskaidro, kā tieši veidojas melnie caurumi, kas tajos atrodas un kas notiktu, ja jums kādreiz nepaveicas tajos iekrist.

Šajā īpašajā izvilkumā Eds apraksta ziņkārīgo “spagetifikācijas” procesu...

Pasūtiet Dr Ed Bloomer Melnos caurumus

Iekrist melnajā caurumā

Viens no visbiežāk uzdotajiem jautājumiem astronomiem ir: kas notiks, ja es iekritīšu melnajā caurumā?

mainīt pulksteņus 2021

Tas, kāpēc tas šķiet patiesi satraucošs tik daudziem cilvēkiem, ir ārpus šī raksta darbības jomas, taču tā nopietna apsveršana ir diezgan labs veids, kā precīzi saprast, kā melnie caurumi darbojas.

Pieņemsim, ka esat izpētījis galaktiku un nonācis pārāk tuvu melnajam caurumam, neapzinoties.

Es, ļoti saprātīgāks, esmu palicis diezgan tālu tālā kosmosa stacijā, bet es esmu gatavs palīdzēt, ja varu! Un, būdams gan dāsns, gan saprātīgs, es jums uzdāvināju pārsteidzošu kosmosa kuģi, kas spēj gandrīz jebko. Jautājums ir, gribas gandrīz pietiks?

Mūsu situācijā “pārāk tuvu” nozīmē, ka jūs nevarat novietot sevi stabilā orbītā, tāpēc jums būs jātērē enerģija, lai uzturētu orbītu. Jūs esat šķērsojis visdziļākā stabilā riņķveida orbīta vai ISCO. Nav problēmu, jūsu kosmosa kuģim ir jaudīgi un efektīvi dzinēji.

Attēls

Diemžēl arī citas lietas virzās uz melno caurumu. Gāzes molekulas, mazliet putekļu, iespējams, daži citi nelaimīgie, kuriem nav tik laba kosmosa kuģa kā jums. Jūs esat atklājis, ka esat daļa no akrecijas disks krītoša materiāla, un tas nav tik koleģiāli, kā izklausās.

Lai gan šis materiāls nav daļa no paša melnā cauruma, tas uzsilst berzes dēļ un rada elektromagnētisko starojumu, un tas krīt tālāk uz iekšu.

Starojuma viļņa garums un intensitāte ir atkarīga no tā masas, kurā jūs spirāli iekļūstat – piemēram, protozvaigžņu akrecijas diski izstaro infrasarkano staru, kas varētu nebūt pārāk slikti, jo šī emisija ir diezgan zemas enerģijas. Bet melno caurumu gadījumā gravitācija un berze ir pietiekama, lai jūs izpūstu ar augstas enerģijas rentgena vai gamma stariem. Atvainojiet!

Mākslinieka koncepcija, pateicoties NASA/JPL-Caltech

Tā kā disks ir plakans, tas pārvietojas ap to, ko jūs domājat par melnā cauruma ekvatoru, jūs varētu mēģināt nokļūt “virs” vai “zem” diska, taču jūs tiksit novirzīts atpakaļ līdzinājumā. Jūs pat neesat sasniedzis dīvainas lietas — tā ir diezgan ierasta mehānika —, lai gan jūs jau varētu saprast, ka esat nonācis nepatikšanās.

Iespējams, ir pienācis laiks sākt signalizēt pēc palīdzības, tāpēc jūs nosūtiet radio signālu uz attālo kosmosa staciju, no kuras es pēc iespējas labāk novēroju lietas. Reāli, ko es varu darīt?

Tuvojoties melnajam caurumam, jūsu sūtītie signāli palielinās gravitācijas sarkanā nobīde fotoniem izkāpjot no gravitācijas akas. Kosmosa stacija burtiski uztver atšķirīgus viļņu garumus, nekā jūs raidāt, taču, kamēr es esmu aizņemts ar uztvērēju pārskaņošanu, jūs arvien vairāk uztraucaties par plūdmaiņu spēkiem, kas iedarbojas uz kosmosa kuģi.

Gravitācijas gradients, tuvojoties melnajam caurumam, kļūst arvien stāvāks, tāpēc palielinās atšķirība starp gravitācijas pievilkšanos uz kosmosa kuģa daļām, kas atrodas tuvāk melnajam caurumam, un tām, kas atrodas tālāk.

Jūs sākat stiepties, pretoties šai stiepei, pateicoties materiāla stiprumam, kas veido jūsu kosmosa kuģi. Taču ekstremālās situācijās plūdmaiņu spēki jūs atdalīs. Šis process ir pazīstams kā spagetifikācija .

Attēls

Kas ir spagetifikācija?

Astrofizikā spagetifikācija ir plūdmaiņu efekts, ko izraisa spēcīgi gravitācijas lauki. Piemēram, krītot pret melno caurumu, objekts tiek izstiepts melnā cauruma virzienā (un, krītot, tiek saspiests perpendikulāri tam). Faktiski objektu var izkropļot tā neizkropļotās formas garā, plānā versijā, it kā tas būtu izstiepts kā spageti.

Izliektā līnija diagrammā attēlo melnā cauruma virsmas daļu. Kreisās puses zīmējumā astronauta augstums un platums atbilst gaidītajam. Kad tie virzās tuvāk melnā cauruma centram, tie saskaras ar nelielu saspiešanu horizontāli un pagarinājumu vertikāli. Labās puses attēlā tie atrodas tuvāk, un to formas saspiešana un pagarināšanās ir vēl dramatiskāka.

Spagetifikācija nav neizbēgama. Dažādas masas melnajiem caurumiem būs atšķirīgs gradients, tāpēc ar supermasīviem melnajiem caurumiem ir lieliski iespējams iziet cauri notikumu horizontam bez negatīvām sekām. Atkal, tas nenozīmē, ka gravitācijas spēks nav spēcīgs, tikai to, ka gradients nav pārāk ārkārtējs. Pieņemsim, ka tas tā ir.

Anglija uzvarēja Spānijas armādi

Diemžēl šķiet, ka mūsu melnajā caurumā iekrīt arī citas lietas.

Lai gan neliela kompānija varētu šķist apsveicama, krītošās daļiņas nemierīgā plūsmā iekļūst melnajā caurumā, berzējoties viena pret otru. Kā mēs redzējām, izveidotais akrecijas disks šīs berzes dēļ izstaro starojumu, un gravitācijas vilkmes milzīgās ietekmes dēļ daļiņas tiek paātrinātas līdz ievērojamām gaismas ātruma daļām.

Rezultāts ir ļoti enerģisks starojums, ieskaitot tādas lietas kā spēcīgi rentgena stari. Melnais caurums var pat radīt cieši fokusētas jonizētas vielas astrofiziskas strūklas (pietiekami spēcīgas un ar pietiekami lielu ātrumu, lai to sauktu par relativistiskām strūklām).

Strūklas stari var paplašināties miljoniem gaismas gadu, tāpēc, cerams, mēs tos būtu pamanījuši iepriekš. Tās ir arī sarežģītas lietas ar neatbildētiem jautājumiem, tāpēc mēs pie tām pārāk daudz nekavēsimies. Zīmīgi, ka tie sakrīt ar rotācijas asi, savukārt mēs tuvojamies tai gandrīz perpendikulāri akrecijas diskā. Jums ir pietiekami daudz jāuztraucas, tāpēc pieņemsim, ka strūklas nav problēma.

Faktiski pieņemsim, ka jūs iekrītat citādi pilnīgi klusā melnajā caurumā un tajā nav strūklu vai akrecijas diska. Tagad sākas īstā jautrība.

(Starp citu, esmu pietiekami priecīgs izdarīt visus šos pieņēmumus, taču ir vērts atzīmēt, cik daudz mēs izdarām, lai melnā cauruma “parastā” mehānika mūs neiznīcinātu!)

Melnā cauruma gravitācija deformē pašu telpas laiku. Mūsu gadījumā mēs esam ieinteresēti procesā, kas pazīstams kā laika paplašināšanās , vēl viens relatīvistisks efekts. Tas ir īpaši sarežģīts jautājums, tāpēc šeit mēs to aplūkosim ar vieglu pieskārienu. Bet pat tad, ja mēs vēlamies aprakstīt tā ietekmi, mums ir jābūt uzmanīgiem attiecībā uz savu viedokli. Novērotājiem dažādās pozīcijās lietas izskatīsies pavisam savādāk.

Pieņemsim, ka es joprojām atrodos tajā tālajā kosmosa stacijā, kurai jūs devāt palīdzību. Laika dilatācija nozīmē, ka no manas perspektīvas jūs faktiski sākat palēnināties, kad iekrītat melnajā caurumā. Ciktāl tas attiecas uz mani, laiks jums burtiski rit lēnāk nekā man.

Pēc maniem aprēķiniem, tuvojoties notikumu horizontam, jūsu laika gaita apstāsies.

Atcerieties, ka man kļūst arvien grūtāk jūs pat atklāt, jo jūsu radio signāli pēc palīdzības un visi citi jūsu izstarotie fotoni tiek izstiepti līdz arvien garākiem viļņu garumiem. Tikmēr jūs piedzīvojat, ka laiks rit normāli.

Pagaidi, vai nav laiks... laiks? Kā mēs varam to piedzīvot tik atšķirīgi?

Pats laiks plūst dažādos ātrumos atkarībā no notiekošā. Tās nav runas figūras: objekti pārvietojas telpas laiks dažādos ātrumos (ne tikai parastajās trīs dimensijās, kas saistītas ar to ātrumu, kā mēs to parasti saprotam, bet arī laikā). Mēs patiešām pamanām sekas, ko rada mūsu radītā ārkārtējā situācija, taču lielākā vai mazākā mērā šie izkropļojumi notiek neatkarīgi no jūsu atrašanās vietas.

cik dienas trīs gados

Ja viss pārējais būtu kārtībā, jūs vienkārši izietu garām notikumu horizontam un turpinātu virzīties uz savdabību. Protams, vārdi 'labi' un 'vienkārši' šeit dara lielu darbu!

Kas notiek “ārpus” melnā cauruma, kamēr tas notiek? Diemžēl man bija jāatsakās no iespējas ar jums sazināties vai pat saņemt no jums signālu. Jūs esat šķērsojis neatgriešanās punktu.

No jūsu viedokļa vairs nav “ārpuses”, kur sasniegt, jo katrs virziens ved uz melnā cauruma centru. No mana viedokļa un visiem nolūkiem jūs esat beidzis pastāvēt.

Tāpēc melnie caurumi ir tikai... beigas gan telpā, gan laikā.

Faktiski lietām, kas šķērso notikumu horizontu, Visumā vairs nav nozīmes. Viņi nevar signalizēt nevienam un otrādi. Un, kad mēs sakām signāls, mēs nedomājam saskaņota ziņojuma nosūtīšanu. Mēs vienkārši domājam jebkādas informācijas pārsūtīšanu.

ziemas saulgriežu dienas gaišais laiks

Iedomājieties, ka esat astronoms, kas sēž laboratorijā blakus pārsteidzoši jutīgam detektoram, kas kaut kādā veidā reaģē uz vienu, atsevišķu jebkura viļņa garuma fotonu, kas izstarots ārpus melnā cauruma notikumu horizonta. Kad tas notiks, tas iedarbinās ausis griezošu sirēnu, tāpēc jūs noteikti to nepamanīsit.

Bet dienu no dienas, gadu no gada nebūs nekas cits kā klusums. Kas attiecas uz to detektoru, tad tur vienkārši nekā nav. Pilnīga informācija par nederīgu.

Rezumējot: neejiet tuvu melnajiem caurumiem!

Melnā cauruma glosārijs — ko šie termini nozīmē?

Akrecijas disks Dinamiska diskam līdzīga materiāla struktūra, kas virzās uz masīvu objektu, piemēram, melno caurumu. Tādas lietas kā putekļu un gāzes molekulu sadursme vai berzēšana viena pret otru, spirālveida virzienā uz iekšu, var izstarot starojumu, ko pēc tam var izmantot, lai kartētu telpas laiku netālu no melnā cauruma notikumu horizonta, taču ne tā iekšpusē.

Gravitācijas sarkanā nobīde apraksta procesu, kurā fotoniem ir 'jākāpj ārā' no masīva objekta gravitācijas akas, zaudējot enerģiju un pārejot uz garākiem viļņu garumiem. Tādējādi no objekta izstarotā gaisma tiks uztverta dažādos viļņu garumos (vai frekvencēs) atkarībā no uztvērēja stāvokļa attiecībā pret emitētāju.

Iekšējā stabilā apļveida orbīta (ISCO) Objekti nevar uzturēt stabilas orbītas jebkurā attālumā no melnā cauruma. ISCO robeža iezīmē slieksni, pie kura orbītas kļūst nestabilas un objekti virzās pa trajektoriju tālāk virzienā uz melno caurumu. Robežas pozīcija ir atkarīga no melnā cauruma.

Iegādājieties kolekciju

Melnie caurumi un Saule ir divas pavisam jaunas grāmatas no Grīnvičas Karaliskās observatorijas Illuminates sērijas: īsi, iedvesmojoši ceļveži par bijību iedvesmojošiem kosmosa aspektiem.

Veikals Grīničas Karaliskā observatorija apgaismo: Saule, autors Brendans Ouens £9,99 Izpētiet zvaigzni pie mūsu sliekšņa, iezīmējot ceļojumu no senās māņticības līdz dziļiem zinātniskiem noslēpumiem, kas vēl jāatrisina... Pērc tagad Veikals Karaliskā Grīničas observatorija apgaismo: melnie caurumi, Dr Ed Bloomer £9,99 Melnie caurumi bieži vien ir gudri sižeta līdzekļi zinātniskās fantastikas filmās, taču šie savdabīgie objekti ir īsti, kaut arī tos ir velnišķīgi grūti aptvert... Pērc tagad Veikals Griničas karaliskā observatorija izgaismo: Dhara Patel kosmosa izpēte £9,99 Kosmoss ir daudz lielāks, nekā cilvēce spēj iedomāties. Lai gan mūsu senči vizuāli pētīja debesis, lai saprastu Visumu, gadsimtiem ilgi kosmosa izpēte tās patiesākajā nozīmē ir tikai mirklis šajā vēsturiskajā laika skalā, tomēr tas ir tas, kā mēs esam ievērojami uzlabojuši savu izpratni par kosmosu... Pērc tagad

Planetārijs Planetārija šovi un pasākumi Ārpus šīs pasaules zvaigžņu vērošanas un astronomijas šovi visai ģimenei Rezervējiet tūlīt Apmeklējiet Karalisko observatoriju Apmeklējiet Griničas laika (GMT), pasaules galveno meridiānu un Londonas vienīgo planetāriju. Uzziniet vairāk Izstāde Gada astronomijas fotogrāfa izstāde Apskatiet pasaules labāko kosmosa fotogrāfiju Nacionālajā jūras muzejā Visit

Galvenais attēls ar pieklājību NASA Godāra