черная дыра чем она опасна
АСТРОновости
Новости о самых интересных астрономических исследованиях и открытиях
Черные дыры: чем они опасны?
Что такое черная дыра?
Как образуются черные дыры
Черные дыры являются результатом эволюции звезд. Такие звезды, как наше Солнце, обладающие малой массой, заканчивают свою жизнь, остывая и превращаясь в так называемый белый карлик. Те же, звезды, которые во много раз превышают по массе Солнце, взрываются в конце своего существования как сверхновая, а их звездный остаток может коллапсировать в черную дыру.
Кроме того, в галактиках можно найти и сверхмассивные черные дыры, происхождение которых еще не вполне ясно.
Черная дыра опасна?
Несмотря на то, что гравитация черной дыры просто гигантская, такие объекты не обязательно опасны: не нужно представлять себе черную дыру как огромный пылесос, который бесконтрольно высасывает всю материю вокруг себя. Так же, как планеты вращаются вокруг звезды, так и звезды могут обращаться по очень устойчивым орбитам вокруг черной дыры, пока нет никакого вмешательства извне.
Черная дыра может столкнуться другой?
Этот вопрос сейчас широко обсуждается теоретиками астрофизики. Создаются модели столкновения черных дыр в компьютерных симуляциях. У астрономов эта тема вызывает особый интерес с того момента, как выяснилось, что в центре почти всех галактик есть сверхмассивная черная дыра.
А так как предполагается, что столкновения между галактиками в ранней Вселенной были намного чаще, чем сейчас, то что-то должно было при этом происходить с центральными черными дырами. В зависимости от типа столкновения они могли сначала вращаться вокруг друг друга и затем сливаться.
В следствие этого должны были возникать гравитационные волны, которые в будущем надеются обнаружить с помощью детекторов. Черная дыра может быть также вытолкнута при такой встрече и из центра галактики.
Опасны ли на самом деле черные дыры?
По версии разных учёных и не только их, на нас может упасть астероид, Луна, комета, с нами столкнётся другая планета и так далее. Часть этих прогнозов даже условно реалистичны – всё-таки объекты во Вселенной действительно имеют свойство сталкиваться, они постоянно в движении, да и астероид, например, на нашу планету действительно в своё время падал.
Однако временные рамки всех этих катастроф сильно преувеличены – если Земля с чем-то и столкнётся, то точно не через десять лет и даже не через сто, как это активно прогнозируют, а минимум через пару тысяч лет, а то и через миллионы-миллиарды. Всё-таки расстояния между объектами во Вселенной огромные, поэтому уже для того, чтобы на нас что-то упало, ему нужно сначала до нас добраться, да ещё и так свой курс спланировать, чтобы точно на Землю попасть, а это, в виду достаточно небольшого в сравнении с другими объёма нашей планеты, а также нахождении вокруг и множества иных планет и звёзд, крайне сложно. Астероид может лететь на Землю, но пролететь и мимо нас, как часто и происходило.
Кроме феноменального предсказания «падучести» чуть ли не всего космоса на нашу родную планету, любители апокалипсисов предсказывают ещё и конец света из-за того, что Землю может затянуть в чёрную дыру. Прежде всего, стоит отметить: если чёрная дыра хотя бы теоретически до нас доберётся, то это случится не раньше, чем через две тысячи лет, если не через миллионы.
Что такое вообще чёрная дыра? Это такая область пространства и времени, обладающая невероятным гравитационным притяжением, из которой, если уж затянуло туда, ничто не выберется. Хотя гравитация имеет отношение к физике, однако считается, что внутри этой штуки никакие законы не действуют.
Если теоретически предположить, что человек попадёт внутрь дыры, то его не разорвёт на мелкие кусочки и даже не раздавит, как можно было бы предполагать. Считается, что пространство в этой штуке настолько сильно искривляется, что может существовать две реальности. В одной вы сгорите на месте, а в другой проникнете вглубь чёрной дыры вполне себе в добром здравии.
Теоретически, чёрная дыра может быть исходом любой массивной звезды. То есть, в своё время в неё может превратиться даже наше Солнце. Однако для этого ему нужно сначала полностью остыть, стать белым карликом, потом взорваться, образовать сверхновую – и остаток от этой сверхновой коллапсирует в чёрную дыру. Однако не факт, что Солнце вообще в эту дыру превратится – у учёных есть сомнения, достаточно ли вообще у нашей звезды массы для прекращения. Возможно, всё закончится только на белом карлике. Однако даже если и не закончится, Земле это уже грозить не будет – по наиболее вероятным прогнозам, наша планета сгорит, когда Солнце сильно нагреется и увеличится в размерах, а это вообще состоится через несколько миллиардов лет. Соответственно, белый карлик будет иметь место ещё позже. Таким образом, Солнце, как ближайшая теоретическая чёрная дыра, человечеству точно не угрожает.
Могут ли угрожать более близкие черные дыры, существующие сейчас? С большой долей вероятности можно утверждать, что такая угроза отсутствует. Даже от выше описанных астероидов у Земли погибнуть и то больше шансов.
Дело в том, что чёрная дыра – это невероятно массивный объект. Он больше большинства звёзд, даже самых крупных. Чтобы вообще что-то в себя засосать, этой космической природной махине нужно хотя бы приблизиться, а незаметно это сделать никак не получится. Причём нужно ещё и умудряться воздействовать на то, что нужно засосать, влияя через гравитацию, чтобы объект таки смог притянуться, да и объекты просто так не выбираются, как товары в магазине. Чёрная дыра загребает в себя всё сразу, дотягиваясь до того, что, по сути, ближе.
Наша же Солнечная система далеко не соседствует с чёрной дырой. Ближайшая из этих гигантских гравитационных искривляющих штук расположена в центре нашего Млечного пути, то есть, нашей Галактики. Собственно, так в большинстве галактик, и, что самое характерное, вокруг чёрной дыры-то всё и вращается, блуждая возле неё, только на определённом расстоянии.
Солнце тоже вращается вокруг этой дыры, однако даже один полный оборот наша звезда делает за 250 миллионов лет, учитывая скорость 220 километров в секунду. Для сравнения, Земля в составе Солнечной системы успела преодолеть это расстояние только 25-30 раз за всё своё существование. Как можно понять, связано это с тем, что Солнце расположено далеко не в центре, а практически «на задворках» нашей Галактики, на внутреннем крае рукава Ориона, на окраинной части Сверх скопления Девы. Если точнее и конкретнее, то до центра по условной черте нашей звезде примерно 25 световых лет.
Таким образом, до Земли чёрная дыра дотянется очень не скоро. Кроме того, есть вероятность, что такие образования со временем, спустя миллиарды лет, вообще рассасываются и распадаются, некоторым образом испаряются. Вполне возможно, что и с дырой во Млечном пути такое произойдёт. Правда, потом появится необходимость в новой чёрной дыре, чтобы обеспечивать движение в галактике, и, возможно, примерные параметры звёзд вообще изменятся, перейдут на новую орбиту и так далее, чтобы снова получить свой гравитационный центр, что может обернуться и катастрофой для части из них, но по поводу того, когда это вообще случится, учёные даже ничего не прогнозируют: слишком уж большие цифры могут оказаться.
Черные дыры — самые страшные объекты во Вселенной
Хэллоуин — время призраков, гоблинов и упырей, но нет ничего страшнее во Вселенной, чем черные дыры.
Черные дыры — области в космосе, где гравитация настолько сильна, что ничто не сможет вырваться. Половина Нобелевской премии по физике 2020 года была присуждена Роджеру Пенроузу за математическую работу, показывающую, что черные дыры являются неизбежным следствием теории гравитации Эйнштейна. Вторую половину разделили Андреа Гэз и Райнхард Генцель, показав, что массивная черная дыра находится в центре нашей галактики.
Черные дыры пугают по трем причинам:
Если вы упадете в черную дыру, оставшуюся после гибели звезды, вас разорвет на куски.
У массивных черных дыр в центре галактик ненасытный аппетит.
Черные дыры — это места, где нарушаются законы физики.
Я изучаю черные дыры более 30 лет. В частности, сверхмассивные, которые скрываются в центре галактик. Большую часть времени они неактивны, но когда активны и пожирают звезды и газ, область около черной дыры может затмить всю галактику, в которой она находится. Галактики, в которых активны черные дыры, называются квазарами. Несмотря на все данные об этих объектах, полученные за последние десятилетия, мы еще многого не знаем.
Смерть от черной дыры
Первой подтвержденной черной дырой стал Cygnus X-1 — самый яркий источник рентгеновского излучения в созвездии Cygnus. С тех пор было найдено около 50 черных дыр в системах, где обычная звезда вращается вокруг черной дыры. Это ближайшие примеры из предполагаемых 10 миллионов, рассеяных по Млечному Пути.
Черные дыры — могилы материи. Ничто не может избежать их, даже свет. Судьбой тех, кто упадет в черную дыру станет спагеттификация, идею которой популяризировал Стивен Хокинг в книге «Краткая история времени». При спагеттификации гравитация черной дыры разорвала бы вас на части, разделив кости, мышцы, сухожилия и даже молекулы. Как поэт Данте описал слова над вратами ада в «Божественной комедии»: «Оставь надежду, всяк сюда входящий».
Голодный зверь в каждой галактике
Наблюдения с помощью космического телескопа Хаббл за последние 30 лет показали, что все галактики имеют черные дыры в центре.
Природа знает, как создавать черные дыры ошеломляющего диапазона масс — от мертвых звезд, в несколько раз превышающих массу Солнца, до монстров, в десятки миллиардов раз массивнее. Это похоже на разницу между яблоком и Великой пирамидой в Гизе.
Буквально в прошлом году астрономы опубликовали первое в истории изображение черной дыры и ее горизонта событий — зверя с массой 7 миллиардов солнечных масс в центре эллиптической галактики M87.
Черная дыра в галактике M87
Это более чем в тысячу раз крупнее черной дыры в нашей галактике, первооткрыватели которой получили в этом году Нобелевскую премию. Эти черные дыры большую часть времени темные, но когда их гравитация притягивает близлежащие звезды и газ, они вспыхивают, вызывая интенсивную активность и выбрасывая огромное количество излучения.
Массивные черные дыры опасны по двум причинам:
Если вы подойдете слишком близко, огромная гравитация поглотит вас.
Если они находятся в активной фазе квазара, вы будете поражены излучением энергии.
Насколько ярок квазар? Представьте, что вы парите над большим городом, например, над Лос-Анджелесом ночью. Примерно 100 миллионов огней от автомобилей, домов и улиц города соответствуют звездам в галактике. По этой аналогии черная дыра в активном состоянии подобна источнику света диаметром 1 дюйм в центре Лос-Анджелеса, который затмевает город в сотни или тысячи раз. Квазары — самые яркие объекты во Вселенной.
Странные сверхмассивные черные дыры
Самая большая обнаруженная черная дыра весит в 40 миллиардов раз больше массы Солнца, или в 20 раз больше Млечного Пути. В то время как внешние планеты в нашей Солнечной системе обращаются по орбите один раз в 250 лет, этот гораздо более массивный объект вращается раз в три месяца. Его внешний край движется со скоростью вдвое меньше скорости света.
Как и другие черные дыры, крупные скрыты от глаз горизонтом событий. В их центрах находится сингулярность — точка в пространстве, где плотность бесконечна. Мы не можем понять внутреннюю часть черной дыры, потому что законы физики нарушаются: время замирает на горизонте событий, а в сингулярности гравитация становится бесконечной.
Хорошая новость о массивных черных дырах заключается в том, что вы можете выжить, попав в одну из них. Их гравитация сильнее, но сила растяжения слабее, чем у маленькой черной дыры, и она не убьет вас. Плохая новость в том, что горизонт событий отмечает край пропасти. Ничто не может ускользнуть из-за горизонта событий, поэтому вы не сможете убежать и рассказать о своем путешествии.
По словам Стивена Хокинга, черные дыры медленно испаряются. В далеком будущем Вселенной, спустя много времени после того, как все звезды умрут и галактики исчезнут из поля зрения ускоряющегося космического расширения, черные дыры будут последними выжившими объектами.
Самым массивным черным дырам потребуется невообразимое количество лет, чтобы испариться. По оценкам, 10 в сотой степени или 10 со 100 нулями после него. Самые страшные объекты во Вселенной почти вечны.
10 интересных фактов, которые вы должны знать о черных дырах
Представьте материю, упакованную так плотно, что ничто не может покинуть ее пределы. Ни луна, ни планета, ни даже свет. Таковые черные дыры — точки, в которых гравитационная сила настолько велика, что представляет собой опасность для всего, что случайно перейдет роковую черту рядом с черной дырой. Мы часто говорим о том, откуда берутся черные дыры и почему они так важны. Ниже вы найдете десять фактов о черных дырах — освежите в памяти свои знания этих прекрасных объектов.
1. Вы не можете увидеть черную дыру напрямую
Поскольку черная дыра воистину черная — свет не может покинуть ее пределы — ее невозможно увидеть напрямую, используя наши инструменты, вне зависимости от того, какой тип электромагнитного излучения вы видите (видимого света, рентгеновских лучей, чего угодно). Но мы можем наблюдать эффекты, которые черная дыра оказывает на ближайшее окружение. Допустим, звезда оказалась слишком близко к черной дыре. Черная дыра, естественно, притягивает звезду и разрывает ее на части. Когда материя звезды начинает всасываться черной дырой, она ускоряется, становится горячее и ярко светится в рентгеновском спектре.
2. В Млечном Пути, скорее всего, есть черная дыра
Очевидно, многих заботит вопрос, насколько опасна черная дыра и угрожает ли Земле хоть какая-нибудь возможность быть поглощенной этим объектом? Ответ: нет, говорят астрономы, хотя есть определенная вероятность, что огромная сверхмассивная черная дыра прячется в центре нашей галактики. К счастью, мы достаточно далеки от этого монстра — примерно в две трети нашей галактики от центра, — но можем наблюдать его эффекты издалека. Европейское космическое агентство утверждает, что черная дыра в центре Млечного Пути в миллион раз массивнее нашего Солнца и окружена удивительно горячим газом.
3. Умирающие звезды создают звездные черные дыры
Сравнение: черная дыра в центре скопления Феникса и наша Солнечная система
4. Черные дыры бывают разных размеров
Есть по меньшей мере три разных типа черных дыр, утверждает NASA, начиная от относительно небольших до тех, которые размещаются в центрах галактик. Первичные черные дыры — самые маленькие, их размеры бывают от одного атома до целой горы. Звездные черные дыры, самый распространенный тип, до 20 раз массивнее нашего Солнца. И есть монстры в центрах галактик — сверхмассивные черные дыры. Они достигают миллионов масс Солнца и больше. Как эти чудища образуются, до сих пор толком неясно.
5. Вокруг черных дыр происходят странные вещи
Это лучше всего иллюстрируется следующим примером. Один человек (назовем его Неудачник) падает в черную дыру, в то время как другой человек (Счастливчик) — смотрит. С точки зрения Счастливчика, часы Неудачника будут тикать все медленнее и медленнее. Это потому, что в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна время зависит от того, с какой скоростью вы движетесь, когда вы подбираетесь к экстремальным околосветовым скоростям. Черная дыра искажает пространство и время настолько, что время Неудачника идет медленнее. Однако с его точки зрения часы идут нормально, а у Счастливчика — спешат.
6. Первую черную дыру нашли только с появлением рентгеновской астрономии
Cygnus X-1 впервые обнаружили во время полетов на воздушном шаре в 1960-х годах, но еще десять лет этот объект не был идентифицирован как черная дыра. По данным NASA, эта черная дыра в 10 раз более массивна, чем Солнце. Рядом с ней находится голубой звездный сверхгигант, примерно в 20 раз более массивный, чем Солнце. Черная дыра засасывает эту звезду, и та ярко светится в рентгеновском спектре.
7. Считалось, что ближайшая черная дыра — в 1600 световых годах
Ошибочное измерение V4641 Sagitarii привело к появлению новостей о том, что ближайшая к нам черная дыра находится слишком близко к Земле, всего в 1600 световых годах. Недостаточно близко, чтобы создавать опасность, но намного ближе, чем думалось. Дальнейшие исследования показали, что черная дыра находится куда дальше. Глядя на вращение ее звезды-компаньона, а также на другие факторы, ученые в 2014 году предоставили более точные результаты — 20 000 световых лет.
8. Мы не знаем, существуют ли червоточины
Популярная тема для научно-фантастического сюжета — это когда кто-то падает в черную дыру. Некоторые люди считают, что эти объекты являются своего рода червоточинами, кротовыми нормами, в другие части Вселенной, позволяющими путешествовать быстрее скорости света. Но правда в том, что мы до сих пор не знаем, как описать их с точки зрения физики. «У нас пока нет теории, которая объединила бы общую теорию относительности с квантовой механикой, мы не знаем всего зоопарка возможных структур пространства-времени, в которых могли бы разместиться червоточины», — говорит Ави Лоеб, физик Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.
9. Черные дыры опасны, только если вы окажетесь слишком близко
Как люди в зоопарке, мы можем наблюдать за черными дырами только если находимся за пределами горизонта событий — можно представить его в качестве гравитационного поля планеты. Эта зона является точкой невозврата, если вы подойдете слишком близко, у вас уже не будет шансов спастись. Но за пределами этой области за черной дырой можно безопасно наблюдать. В более широком смысле это означает, что черная дыра вряд ли поглотит всю Вселенную (если, конечно, в нашем понимании физики космоса не произойдет серьезный переворот).
10. Черные дыры — любимчики научной фантастики
Снято так много фильмов с участием черных дыр, что невозможно перечислить их всех. Из последних можно отметить «Интерстеллар» Кристофера Нолана — в нем люди путешествуют через Вселенную, чтобы взглянуть на черную дыру. «Горизонт событий» исследует феномен искусственных черных дыр — что-то похожее обсуждалось и в «Звездном пути». Очевидно, эти загадочные объекты, искажающие наше восприятие реальности и попросту не укладывающиеся в голове обычного человека, пользуются успехом у писателей, сценаристов и режиссеров — тоже, в общем-то, не самых обычных людей.
Почему чёрные дыры это самые страшные объекты во Вселенной?
Чёрные дыры – космические объекты, обладающие настолько мощным гравитационным притяжением, что ничто, даже тела движущиеся со скоростью света не могут преодолеть его. Половина Нобелевской премии по физике 2020 года была присуждена Роджеру Пенроузу за его математическую работу, показывающую, что чёрные дыры являются неизбежным следствием теории гравитации Эйнштейна. Андреа Гез и Рейнхард Гензель разделили вторую половину за открытие сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей галактики.
Чёрные дыры пугают по трём причинам. Если вы упадёте в чёрную дыру, оставшуюся после смерти звезды, вас разорвёт на куски. Кроме того, у массивных чёрных дыр, находящихся в центре большинства галактик ненасытный аппетит. И последнее, чёрные дыры нарушают законы физики.
“Я изучаю чёрные дыры более 30 лет. В частности, я сосредоточился на сверхмассивных чёрных дырах, которые скрываются в центре большинства галактик”, – сказал Крис Импи, профессор астрономии в университете Аризоны.
Большую часть времени они неактивны, но когда они просыпаются и начинают поглощать звёзды и газ, область, близкая к чёрной дыре (аккреционный диск), начинает сиять так, что своим светом может затмить всю галактику. Галактики, в которых находятся активные чёрные дыры, называются квазарами. Несмотря на всё, что мы узнали о чёрных дырах за последние несколько десятилетий, нам ещё предстоит разгадать множество загадок.
Смерть от чёрной дыры
Поскольку чёрные дыры невидимы, они обнаруживаются только благодаря звёздам, вращающимся вокруг них. Наблюдения за такими звёздами позволяют астрономам делать выводы о свойствах её тёмного компаньона, чёрной дыры.
На этом изображении чёрная дыра MAXI J1820 + 070 поглощает материал соседней звезды и формирует аккреционный диск. Авторы и права: Aurore Simonnet / NASA’s Goddard Space Flight Center.
Первой подтверждённой чёрной дырой стал Cygnus X-1, самый яркий источник рентгеновского излучения в созвездии Лебедя. С тех пор было обнаружено около 50 систем, в которых обычная звезда вращается вокруг чёрной дыры. Это ближайшие примеры из примерно 10 миллионов, которые, как ожидается, разбросаны по всему Млечному Пути.
Чёрные дыры – это могилы материи; ничто не может вырваться из их гравитационных объятий. Судьба того, кто попадёт в чёрную дыру, будет очень болезненной. “Спагеттификация” – это идея, которую популяризировал Стивен Хокинг в своей книге “Краткая история времени”. При спагеттификации мощная гравитация чёрной дыры разорвёт вас, растянув ваши кости, мышцы, сухожилия и даже молекулы.
Голодный монстр в каждой галактике
Наблюдения, проводимые с помощью космического телескопа “Хаббл” за последние 30 лет показали, что в центрах большинства галактик находятся чёрные дыры. Большие галактики обладают большими чёрными дырами.
Вселенная умеет создавать чёрные дыры самых разнообразных масс: от объектов, в несколько раз превышающих массу Солнца, до монстров, в десятки миллиардов раз массивнее нашей звезды. Это похоже на разницу между яблоком и Великой пирамидой в Гизе.
Буквально в прошлом году астрономы опубликовали первое в истории изображение чёрной дыры и её горизонта событий, зверя с массой около семи миллиардов солнечных масс, которая находится в центре эллиптической галактики M87.
C помощью сети радиотелекопов EHT, учёным удалось сфотографировать чёрную дыру в галактике M87. Авторы и права: NASA / EHT Collaboration.
Сверхмассивная чёрная дыра в галактике M87 более чем в тысячу раз массивнее чёрной дыры в нашей галактике, первооткрыватели которой получили в этом году Нобелевскую премию. Такие чёрные дыры большую часть своей жизни тёмные, но когда их гравитация притягивает близлежащие звёзды и газ, они вспыхивают, вызывая интенсивную активность и выбрасывая огромное количество излучения. Массивные чёрные дыры опасны по двум причинам. Если вы подойдёте слишком близко, огромная гравитация поглотит вас. А если чёрная дыра находятся в активной фазе квазара, вы будете поражены излучением высокой энергии.
Насколько ярок квазар? Представьте, что вы парите над большим городом, например, над Лос-Анджелесом ночью. Примерно 100 миллионов огней от автомобилей, домов и улиц города соответствуют звёздам в галактике. По этой аналогии чёрная дыра в активном состоянии подобна источнику света диаметром 1 дюйм в центре Лос-Анджелеса, который ярче всего города в сотни или тысячи раз. Квазары – самые яркие объекты во Вселенной.
Странные сверхмассивные чёрные дыры
Самая большая чёрная дыра, обнаруженная до сих пор, весит в 40 миллиардов раз больше Солнца, или в 20 раз больше всей Солнечной системы. В то время как внешние планеты нашей Солнечной системы завершают свою орбиту за 250 лет, этот гораздо более массивный объект совершает один оборот всего за три месяца. Его внешний край движется со скоростью вдвое меньшей скорости света. Как и все чёрные дыры, сверхмассивные чёрные дыры скрыты от наших глаз горизонтом событий. В их центрах находится сингулярность, точка в пространстве, где плотность бесконечна. Мы не можем понять внутреннюю часть чёрной дыры, потому что там нарушаются законы физики. Время замирает на горизонте событий, а в сингулярности гравитация становится бесконечной.
Мощная гравитация чёрной дыры изменяет траекторию по которой движется свет в разных частях аккреционного диска. Авторы и права: NASA’s Goddard Space Flight Center / Jeremy Schnittman.
Хорошая новость о массивных чёрных дырах заключается в том, что вы можете выжить, попав в одну из них. Хотя их гравитация сильнее, сила растяжения слабее, чем у маленькой чёрной дыры, и она не убьёт вас. Плохая новость в том, что горизонт событий отмечает край пропасти. Ничто не может вырваться назад, поэтому вы не сможете убежать или рассказать кому-либо о своих ощущениях.
По словам Стивена Хокинга, чёрные дыры медленно испаряются. В далёком будущем, спустя много времени после того, как все звёзды погибнут и галактики исчезнут из нашего поля зрения в результате космического расширения, чёрные дыры будут последними выжившими объектами.
Самым массивным чёрным дырам потребуется невообразимое количество лет, чтобы испариться, по оценкам, 10 в сотой степени или 10 со 100 нулями. Самые страшные объекты во Вселенной почти вечны.