Co się stanie, jeśli wpadniesz do czarnej dziury?

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 04:07

Jeśli astronauta zbliża się do czarnej dziury, jego perspektywy nie są zbyt jasne.

Krótko mówiąc, umrze. Bardziej szczegółowo - nie wiadomo dokładnie, co się wydarzy. Nauka może tylko spekulować. Ale uwierz mi, nie będzie nic szczególnie przyjemnego.

W odpowiedniej odległości czarna dziura zachowuje się jak gwiazda o podobnej masie - można wokół niej wejść na stabilną orbitę i krążyć tam latami. Według naukowców mogą tam istnieć nawet zamieszkane planety. Ale im bliżej dziury się zbliżysz, tym więcej będzie problemów.

Promieniowanie zabije osobę

Jeśli uważasz, że czarna dziura zaszkodzi osobie tylko wtedy, gdy przekroczy ona horyzont zdarzeń (granicę wokół dziury, z powodu której nawet światło nie może powrócić), to się mylisz. Trudności zaczną się dużo wcześniej i dosłownie śmiertelnie.

Czarne dziury rzadko są same. Z reguły otacza je ogromny stos materii - gazu, który pozostał po przebiciu dziury przez jakąś gwiazdę. Gaz leci po orbicie z ogromną prędkością, ma więc monstrualną energię kinetyczną i nagrzewa się do gigantycznych temperatur.

Ta szybko obracająca się i paląca gorąca rzecz wokół czarnej dziury nazywana jest dyskiem akrecyjnym.

Widzowie międzygwiezdni wiedzą, jak powinien wyglądać dysk akrecyjny. Sama czarna dziura jest niewidzialna, ponieważ pochłania wszelkie padające na nią światło, ale wokół niej widać wir materii. To właśnie dysk akrecyjny jest świecącą pomarańczową rzeczą, którą teleskopy Event Horizon Telescope uchwyciły w kwietniu 2019 roku.

Dyski akrecyjne czarnych dziur emitują silne promieniowanie elektromagnetyczne. Energia promieni rentgenowskich i gamma jest milion milionów razy wyższa niż światła widzialnego.

Ponadto teoretycznie sama czarna dziura może również emitować promieniowanie Hawkinga. To prawda, astrofizycy nie są jeszcze tego pewni, a moc promieniowania jest znikoma.

Wszystkie te strumienie naładowanych cząstek, które czarna dziura rozprasza wokół siebie na setki lat świetlnych, raczej nie dodają zdrowia. Ciało niebieskie wykończy człowieka nawet przy zbliżeniu się zwykłym promieniowaniem, bez uciekania się do łamania topologii zniekształceń przestrzeni i czasu.

Spali go sprawa dysku akrecyjnego

Załóżmy, że astronauta zawczasu zadbał o bezpieczeństwo radiologiczne - na przykład załóż płaszcz z ołowianą podszewką o grubości jednego metra na skafander kosmiczny. I zdeterminowany, aby dowiedzieć się, co znajduje się w tajemniczych głębinach czarnej dziury, kontynuuje swobodny spadek w jej kierunku.

Ale na badacza czeka jeszcze jedna przeszkoda, a mianowicie: znany nam już dysk akrecyjny. Składa się z bardzo gorącego gazu.

Dysk nagrzewa się, gdy cząsteczki gazu zderzają się ze sobą, zataczając kręgi wokół czarnej dziury z zawrotną prędkością. Energia kinetyczna przekształca się w energię cieplną i to bardzo dobrze - materia w pobliżu przeciętnej czarnej dziury może nagrzewać się do milionów, a nawet bilionów kelwinów. To nieco więcej niż np. temperatura naszego Słońca – 5778 K na powierzchni, 15 mln K w jądrze.

Chyba nie warto przypominać, że nie jest bezpiecznie latać przez strumienie rozżarzonej plazmy. Jeśli dana osoba nie zostanie zabita przez promieniowanie, to wysoka temperatura.

Ogólnie rzecz biorąc, dyski akrecyjne supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk należą do najjaśniejszych obiektów w kosmosie. Nazywane są „kwazarami”. Najgorętszy z nich wszystkich, J043947.08 + 163415,7, piecze się jak 600 bilionów normalnych żółtych karłów, takich jak Słońce, jeśli spiskują i przemawiają jednocześnie.

Nawiasem mówiąc, czarne dziury wysyłają do Wszechświata relatywistyczne dżety, czyli dżety, - strumienie plazmy z prędkością bliską światłu, zwykle parami, skierowane z biegunów w przeciwnych kierunkach.

Astrofizycy wciąż debatują, dlaczego tak się dzieje, ale wygląda na to, że pola magnetyczne wokół dziury robią coś interesującego z gazem w dysku akrecyjnym. Dżet może wybuchać nieprzerwanie przez 10 do 100 milionów lat.

Tak więc, spadając na czarną dziurę, człowiek musi unikać jej biegunów, aby nie wpaść pod relatywistyczne dżety.

Spaghettizuje

W związku z powyższym prawdopodobnie najlepiej jest podróżować do czarnej dziury bez dysku akrecyjnego. Te też się zdarzają - jeśli w okolicy nie ma gwiazd, z których można by napompować gaz. Oznacza to, że dziura już pochłonęła je wszystkie bezpiecznie.

Na przykład czarna dziura w centrum galaktyki Markarian 1018 wessała całą otaczającą ją materię i została bez gazu w pobliżu. Astrofizycy nazywają takie dziury głodem. Biedactwa.

Albo supermasywna dziura Strzelec A w centrum naszej Drogi Mlecznej - ma niezwykle mały, niezauważalny dysk 1.

2.. Dlatego tak trudno mieć ją na oku.

Ogólnie rzecz biorąc, całkiem możliwe jest zbliżenie się do horyzontu zdarzeń czarnej dziury bez kolizji ze strumieniami gorącej plazmy.

Problemy, które astronauta będzie miał w następnej kolejności, będą zależeć od wielkości czarnej dziury.

Jeśli osoba spadnie na obiekt, który ma masę, powiedzmy, około jednej masy Słońca (332 946 mas Ziemi), to tak się stanie.

Gdy zbliżamy się do tego interesującego ciała niebieskiego, siła grawitacji, z jaką oddziałuje na człowieka, również będzie wzrastać. W pewnej odległości od dziury okazuje się, że grawitacja na nogach będzie wielokrotnie większa niż grawitacja na głowie. Ta różnica nazywana jest „siłą pływową”.

Skutki wpływu tej siły opisuje fizyk Neil DeGrasse Tyson w książce „Śmierć w czarnej dziurze i inne małe problemy kosmiczne”.

Po pierwsze, siły pływowe czarnej dziury rozerwą astronautę na pół dokładnie w środku ciała (jeśli oczywiście wpadnie do dziury jak żołnierz, a nie na boki). Wtedy rozerwie nogi i tułów na pół. Potem znowu. I tak w postępie geometrycznym, aż nawet atomy, z których składa się ofiara, rozpadają się na cząstki elementarne. Wtedy cały ten strumień cząstek znajdzie się poza horyzontem zdarzeń.

Ziemia również wywiera na twoje ciało siłę pływową, ale nie na tyle, by cię rozerwać, więc nie martw się.

To wszystko. Zjawisko to żartobliwie nazywa się „spaghetyfikacją”. Zwykle siły pływowe czarnych dziur rozbijają gwiazdy, ale poradzą sobie również z ludźmi.

Jest jednak jedno zastrzeżenie.

Stanie się coś strasznego, ale nie dowiemy się co konkretnie

Siły pływowe, jak wyjaśnia Neil Tyson, zwiększają rozmiar obiektu w stosunku do odległości od środka otworu. Oznacza to, że średniej wielkości czarna dziura rozerwie astronautę na kawałki i rozpadnie się na atomy, nawet gdy się zbliży.

Ale jeśli czarna dziura jest wystarczająco masywna i ma ogromny promień, jej siły pływowe zaczną rozciągać podróżnika po przekroczeniu horyzontu zdarzeń.

Jednocześnie prawdopodobnie człowiek może nawet przeżyć, mówi fizyk Leo Rodriguez, ponieważ horyzont zdarzeń nie jest fizyczną barierą, ale po prostu granicą grawitacyjnego wpływu czarnej dziury, po której nawet światło nie może z niej uciec.

Tuż przed opadnięciem za horyzont podróżnik może mieć czas, aby zobaczyć, jak całe światło otaczających gwiazd jest zniekształcone, a następnie kurczy się do punktu za nim, który najpierw zmieni kolor na czerwony, potem biały, a potem niebieski. Wynika to z wpływu grawitacji dziury na długości fal przechodzącego światła (nazywa się to „przesunięciem do niebieskiego”).

Ale nikt nie jest w stanie dokładnie powiedzieć, co wydarzy się na horyzoncie. Problem w tym, że prawa fizyki, do których jesteśmy przyzwyczajeni, tam nie działają. Dlatego naukowcy mogą jedynie zakładać, co dzieje się z materią w czarnej dziurze.

Najprawdopodobniej, według Neila Tysona, osoba spaghettuje się bezpiecznie, tylko nie przed horyzontem zdarzeń, ale za nim. Wtedy to, co pozostanie z podróżnika, wpadnie w osobliwość - obszar przestrzeni o nieskończonej gęstości w środku dziury. Tutaj.

Nie będzie więc półek z książkami i wiadomości alfabetem Morse'a z przeszłości wysyłanych do ich córki, jak w Interstellar.