Čierne diery sa nám zdajú byť vzdialené, o ktorých niekedy filmujú alebo píšu v knihách. Zriedka premýšľame o tom, čo by sa stalo, keby sa na povrchu našej planéty objavila miniatúrna čierna diera s priemerom jedného milimetra. O tom - v našom materiáli.
S čiernymi dierami sa spája populárna mylná predstava: sú akýmsi vysávačom priestoru, ktorý spotrebúva všetko vo svojom okolí. Samozrejme, že sa „živia“, ale ich žalúdky sú malé. Problém sa neobjaví, keď „jedia“, ale keď „priveľmi zvracajú“po príliš veľkom večere. To je skutočne desivé.
Je to vlastne trochu komplikovanejšie. Na základe skutočnosti, že polomer čiernej diery je úmerný jej hmotnosti, je možné urobiť niekoľko výpočtov. Najprv si pozrime niektoré základy.
Čo je to čierna diera
Čierna diera je oblasť vesmíru, v ktorej je gravitácia taká silná, že ju nemôže opustiť ani svetlo. Gravitačná sila spôsobuje, že samotná tkanina časopriestoru sa ohýba a sama sa zablokuje. To všetko sa deje v dôsledku stlačenia hmoty - najčastejšie sa jedná o pozostatky mohutnej hviezdy - v extrémne malej oblasti.
Štruktúra čiernej diery: singularita, horizont udalostí a Schwarzschildov polomer (región od singularity po horizont udalostí).
V skutočnosti nevidíme čierne diery kvôli skutočnosti, že z nich svetlo nemôže vyjsť. Ukazuje sa, že na opustenie čiernej diery musí akýkoľvek predmet vyvinúť rýchlosť vyššiu ako je rýchlosť svetla, ktorá sa ďalej pohybuje rýchlosťou 299 792 458 metrov za sekundu. Na porovnanie, úniková rýchlosť na prekonanie zemskej tiaže je len 11,2 km za sekundu. Keby sme však spustili raketu z planéty, ktorá váži toľko ako Zem, ale s polovicou priemeru, úniková rýchlosť by bola 15,8 kilometrov za sekundu. Aj keby mal objekt rovnakú hmotnosť, úniková rýchlosť by bola vyššia kvôli jeho menšej veľkosti, a preto vyššej hustote.
Propagačné video:
Čo keď objekt zmenšíme ešte viac? Ak stlačíme zemskú hmotu do gule s polomerom deväť milimetrov, úniková rýchlosť dosiahne rýchlosť svetla. Ak je táto hmota stlačená do ešte menšej gule, potom úniková rýchlosť prekročí rýchlosť svetla. Ale pretože rýchlosť svetla je kozmickým limitom rýchlosti, nič nemôže opustiť túto sféru.
Polomer, pri ktorom má hmota únikovú rýchlosť rovnajúcu sa rýchlosti svetla, sa nazýva Schwarzschildov polomer. Akýkoľvek objekt menší ako jeho polomer Schwarzschild je čierna diera. Inými slovami, akýkoľvek objekt s únikovou rýchlosťou vyššou ako je rýchlosť svetla je čierna diera. Aby bol taký objekt zo Slnka, musí byť komprimovaný na polomer asi tri kilometre.
Čierna diera má dve hlavné časti: jedinečnosť a horizont udalostí. Veľkosť horizontu udalostí čiernej diery sa považuje za jej veľkosť, pretože sa dá vypočítať a zmerať.
Horizont sa tiež považuje za „bod bez návratu“v blízkosti čiernej diery. Toto nie je fyzický povrch, ale guľa obklopujúca singularitu, ktorá označuje hranicu, z ktorej je rýchlosť úniku rovnaká ako rýchlosť svetla. Polomerom tejto oblasti je veľmi Schwarzschildov polomer.
Hneď ako je hmota za horizontom udalosti, začne klesať smerom do stredu čiernej diery. Pri takej silnej gravitácii je hmota stlačená do jedného bodu - neuveriteľne malý objem bláznivej hustoty. Tento bod je jedinečný. Je zanedbateľný a podľa moderných teoretických modelov má nekonečnú hustotu. Je celkom možné, že zákony fyziky, o ktorých vieme, sú porušené v singularite. Vedci tento problém aktívne skúmajú, aby pochopili, čo sa deje v singularitách, a aby vypracovali úplnú teóriu opisujúcu, čo sa deje v strede čiernej diery.
Urobme niekoľko výpočtov
Pozrime sa, čo sa môžeme dozvedieť o jednej milimetrovej čiernej diere. Podľa výpočtov bude mať takáto čierna diera s polomerom Schwarzschild hmotnosť 7 x 10 ^ 23 kilogramov - viac ako päť hmotností Mesiaca (podľa vzorca R = 2MG / c ^ 2, kde R je polomer Schwarzschild, M je hmotnosť objektu, G je gravitačná hodnota) konštanta a c je rýchlosť svetla).
Pomer Zeme k Slnku je tri časti k miliónu. Ak by sa Zem stala čiernou dierou, jej polomer by bol iba deväť milimetrov. Preto by čierna diera s jedným milimetrom mala hmotnosť 11% hmotnosti Zeme. Určite by sme mali problémy s 11% hmotnosťou navyše na planéte.
Stačí, že sa celková gravitácia Zeme výrazne zvýši. Táto dodatočná gravitácia by stačila na zmenu obežnej dráhy Mesiaca, takže by mohla jednoducho odletieť zo svojej súčasnej obežnej dráhy a začať sa pohybovať v eliptickej obežnej dráhe.
Paraboloid Flamm predstavuje medzičas za horizontom rastu udalostí Schwarzschildovej čiernej diery.
Kde je táto imaginárna čierna diera - na povrchu, v strede Zeme alebo okolo nej? Predpokladajme, že je na povrchu planéty. Oblasť gravitačného vplyvu by bola asi tretinou polomeru Zeme - asi 2124 kilometrov.
Všetka hmota v bezprostrednej blízkosti tejto mikroskopickej čiernej diery by z nej okamžite pocítila silnú gravitáciu a diera zase absorbovala všetko na ceste do stredu Zeme, čo by dosiahlo asi 42 minút od okamihu, keď sa objavila. Prešiel by cez jadro Zeme a dosiahol druhú stranu zemského povrchu približne v rovnakom čase.
Keby sa na povrchu objavila čierna diera s relatívnou rýchlosťou menej ako 12 km / h, otáčala by sa okolo Modrej planéty spolu s jej gravitačnou oblasťou. Jednoducho povedané, je to ničenie zemskej kôry a väčšiny jej plášťa. A ak je to ešte jednoduchšie, znamená to smrť všetkého života na povrchu Zeme.
Miera narastania a Eddingtonov limit
Väčšina hmoty Zeme okolo čiernej diery sa stane jedlom a tým sa jej zvýši. Pred tým, ako sa dostane do čiernej diery, všetok tento materiál bude musieť stratiť svoju uhlovú hybnosť - a preto sa začne okolo neho otáčať a vytvárať narastajúci disk.
Tento materiál produkuje veľké množstvo tepla, ktoré sa nakoniec vyžaruje. Žiarenie má tlak, ktorý spomaľuje ďalšie hromadenie. Oba tieto efekty sa navzájom vyrovnávajú - nazýva sa Eddingtonov limit.
Zvyšovanie čiernej diery v zobrazení umelca
Eddingtonov limit tiež kladie tvrdý limit na stupeň narastania čiernej diery. Malý akrečný disk by s najväčšou pravdepodobnosťou mal teplotu asi šesť tisíc Kelvinov - približne rovnaké ako jadro Zeme alebo povrch Slnka.
Medzi akrečným diskom a hmotou Zeme by mohlo dôjsť k určitým frikčným procesom, v dôsledku čoho by sa v jadre planéty usadila mikroskopická čierna diera.
Smrť v čiernej diere
Všeobecne by to trvalo päť miliárd rokov, kým takáto čierna diera prehltla Zem. Výrazne by sa tým zvýšila hmotnosť Zeme. A, samozrejme, okamžite by to spôsobilo úplnú poruchu na planéte, ktorá by sa za pár hodín zmenila na neobývaný vesmírny kus kolabujúcej kôry, lávy, horúcich plynov a všetko ostatné.
Život by sa stal nemožným a vysoká hmotnosť čiernej diery by mohla zničiť pás asteroidov. To by následne mohlo viesť k častým zrážkam v slnečnej sústave počas nasledujúcich miliónov rokov. Mesiac by sa aj naďalej otáčal okolo Novej Zeme (čierna diera), ale na veľmi predĺženej eliptickej obežnej dráhe.
Čierna diera by sa okamžite neposunula do stredu Zeme, ale skôr by sa okolo nej točila, ale nakoniec by sa k nej dostala. Aby sme pochopili, ako bude táto mikroskopická čierna diera narastať, vyžaduje zložité výpočty a simulácie.
To všetko možno zhrnúť slovami svetoznámeho astrofyzika a popularizátora vedy Neila DeGrasse Tysona:
Vladimir Guillen