Juodosios skylės mums atrodo kažkas tolimo, apie kurias jie kartais kuria filmus ar rašo knygose. Mes retai susimąstome, kas nutiktų, jei mūsų planetos paviršiuje atsirastų miniatiūrinė juodoji skylė, kurios skersmuo yra vienas milimetras. Apie tai - mūsų medžiagoje.
Yra populiarus klaidingas požiūris, susijęs su juodosiomis skylėmis: jie yra tam tikri kosminiai dulkių siurbliai, kurie sunaudoja viską, kas yra jų apylinkėse. Žinoma, jie „maitinasi“, bet jų skrandžiai yra maži. Problema atsiranda ne tada, kai jie „valgo“, o tada, kai „vemia“po per daug vakarienės. Tai tikrai baisu.
- „Salik.biz“
Tai iš tikrųjų šiek tiek sudėtingesnis. Remiantis tuo, kad juodosios skylės spindulys yra proporcingas jos masei, galima atlikti tam tikrus skaičiavimus. Pirmiausia apžvelkime kai kuriuos pagrindus.
Kas yra juodoji skylė
Juodoji skylė yra erdvės sritis, kurioje gravitacija yra tokia stipri, kad net šviesa negali iš jos išeiti. Ten esanti gravitacijos jėga priverčia patį erdvės laiko audinį pasislinkti ir užsitvirtinti. Visa tai įvyksta dėl materijos suspaudimo - dažniausiai tai yra masyvios žvaigždės liekanos - nepaprastai mažame regione.
Juodosios skylės struktūra: išskirtinumas, įvykio horizontas ir Schwarzschildo spindulys (sritis nuo išskirtinumo iki įvykio horizonto).
Tiesą sakant, mes negalime pamatyti juodųjų skylių dėl to, kad šviesa iš jų neišeina. Pasirodo, norint palikti juodąją skylę, bet kuris objektas turi išvystyti didesnį nei šviesos greitis greitį, kuris, savo ruožtu, juda 299 792 458 metrų per sekundę greičiu. Palyginimui, pabėgimo greitis įveikti Žemės gravitaciją yra tik 11,2 kilometro per sekundę. Tačiau jei mes paleisime raketą iš planetos, kuri sveria tiek pat, kiek Žemė, bet yra pusės skersmens, tada pabėgimo greitis būtų 15,8 kilometro per sekundę. Net jei objektas turėtų tą pačią masę, pabėgimo greitis būtų didesnis dėl jo mažesnio dydžio, taigi ir dėl didesnio tankio.
Reklaminis vaizdo įrašas:
O kas, jei dar labiau susitraukime? Jei suspaudžiame Žemės masę į rutulį, kurio spindulys yra devyni milimetrai, pabėgimo greitis pasiekia šviesos greitį. Jei ši masė susispaudžia į dar mažesnę sferą, tada pabėgimo greitis viršys šviesos greitį. Bet kadangi šviesos greitis yra kosminė greičio riba, niekas negali palikti šios sferos.
Spindulys, kuriuo masė turi greitį, lygų šviesos greičiui, yra vadinamas Schwarzschild spinduliu. Bet kuris objektas, mažesnis už jo Schwarzschild spindulį, yra juodoji skylė. Kitaip tariant, bet kuris objektas, kurio evakuacijos greitis yra didesnis nei šviesos greitis, yra juodoji skylė. Norint pagaminti tokį objektą iš Saulės, jis turės būti suspaustas maždaug trijų kilometrų spinduliu.
Juodoji skylė susideda iš dviejų pagrindinių dalių: išskirtinumo ir įvykio horizonto. Juodosios skylės įvykio horizonto dydis laikomas jo dydžiu, nes jį galima apskaičiuoti ir išmatuoti.
Horizontas taip pat laikomas „negrįžimo tašku“šalia juodosios skylės. Tai nėra fizinis paviršius, o sfera, apimanti išskirtinumą, žyminčią ribą, kurios pabėgimo greitis yra lygus šviesos greičiui. Šios srities spindulys yra pats Schwarzschild spindulys.
Kai tik materija yra už įvykio horizonto, ji pradeda kristi juodosios skylės centro link. Esant tokiai stipriai gravitacijai, medžiaga suspaudžiama į tašką - nepaprastai mažą beprotiško tankio tūrį. Šis taškas yra išskirtinumas. Jis yra nereikšmingas ir pagal šiuolaikinius teorinius modelius turi begalinį tankį. Visiškai įmanoma, kad fizikiniai įstatymai, kuriuos mes žinome, yra pažeidžiami išskirtinumo dėka. Mokslininkai aktyviai tiria šį klausimą, kad suprastų, kas vyksta dėl išskirtinumų, taip pat sukurti išsamią teoriją, apibūdinančią, kas vyksta juodosios skylės centre.
Padarykime keletą skaičiavimų
Pažiūrėkime, ką galime sužinoti apie vieno milimetro juodąją skylę. Remiantis skaičiavimais, tokios juodosios skylės su Schwarzschild spinduliu bus 7 x 10 ^ 23 kilogramų masė - daugiau nei penki Mėnulio masės (pagal formulę R = 2MG / c ^ 2, kur R yra Schwarzschild spindulys, M yra objekto masė, G yra gravitacija) konstanta, o c yra šviesos greitis).
Žemės ir Saulės santykis yra trys dalys iki milijono. Taigi, jei Žemė taptų juoda skyle, jos spindulys būtų tik devyni milimetrai. Todėl vienos milimetro juodosios skylės masė būtų 11% Žemės masės. Mes tikrai turėtume problemų dėl 11% papildomos masės planetoje.
Pakanka net to, kad bendras Žemės gravitacija pastebimai padidėtų. Šios papildomos gravitacijos pakaktų Mėnulio orbitai pakeisti, todėl ji galėtų tiesiog išskristi iš savo dabartinės orbitos ir pradėti judėti elipsine orbita.
„Flamm“paraboloidas, vaizduojantis erdvės laiką už Schwarzschildo juodosios skylės įvykių augimo horizonto ribų.
Kur yra ši įsivaizduojama juodoji skylė - paviršiuje, Žemės centre ar sukasi aplink ją? Tarkime, kad jis yra planetos paviršiuje. Jos gravitacinio poveikio plotas sudarytų apie trečdalį Žemės spindulio - apie 2124 kilometrų.
Visa materija, esanti šalia šios mikroskopinės juodosios skylės, iš karto pajustų stiprią gravitaciją, o skylė, savo ruožtu, prarytų viską pakeliui į Žemės centrą, kurią ji pasiektų maždaug per 42 minutes nuo atsiradimo momento. Jis keliautų per Žemės šerdį ir maždaug tuo pačiu metu pasiektų kitą Žemės paviršiaus pusę.
Jei paviršiuje atsirastų juodoji skylė, kurios santykinis greitis būtų mažesnis nei 12 km / h, ji suktųsi aplink Mėlynąją planetą ir jos gravitacinę sritį. Paprasčiau tariant, tai yra žemės plutos ir daugumos jos mantijos sunaikinimas. Ir jei tai dar paprasčiau, tai reiškia viso gyvenimo mirtį Žemės paviršiuje.
Suaugimo greitis ir Eddingtono riba
Didžioji žemės masės dalis aplink juodąją skylę taps maistu ir ją sukaups. Tačiau prieš krisdama į juodąją skylę, visa ši medžiaga turės prarasti savo kampinį impulsą - todėl ji pradės suktis aplink ją, sudarydama sukaupimo diską.
Ši medžiaga gamina daug šilumos, kuri ilgainiui bus spinduliuojama. Spinduliuotei būdingas slėgis, kuris sulėtins tolimesnį sukaupimą. Abu šie efektai subalansuoja vienas kitą - tai vadinama Eddingtono riba.
Menininko akivaizdoje atsirado juodoji skylė
Eddingtono riba taip pat nubrėžia griežtą juodosios skylės įbrėžimo laipsnį. Nedidelio įbrėžimo disko temperatūra greičiausiai būtų maždaug šeši tūkstančiai kelvinų - maždaug tokia pati, kaip Žemės šerdies ar Saulės paviršiaus.
Tarp įbrėžimo disko ir Žemės masės įvyktų tam tikri trinties procesai, dėl kurių planetos šerdyje įsikurs mikroskopinė juodoji skylė.
Mirtis juodojoje skylėje
Apskritai prireiktų penkių milijardų metų, kad tokia juodoji skylė prarytų Žemę. Tai žymiai padidintų Žemės masę. Ir, be abejo, tai iš karto sukeltų visišką sutrikimą planetoje, kuris vos per kelias valandas pavirstų negyvenamu kosmoso gabalu, griūvančia pluta, lava, karštomis dujomis ir visa kita.
Gyvenimas taps neįmanomas, o didelė juodosios skylės masė gali sunaikinti asteroido diržą. Tai, savo ruožtu, gali sukelti dažnus saulės sistemos susidūrimus ateinančius milijonus metų. Mėnulis ir toliau suktųsi aplink Naująją Žemę (juodoji skylė), tačiau labai pailgoje elipsės formos orbitoje.
Juodoji skylė ne iš karto pasislinktų į Žemės centrą, o tam tikrą laiką suktųsi aplink ją, bet galų gale patektų į ją. Norint suprasti, kaip ši mikroskopinė juodoji skylė augs masėje, reikia atlikti sudėtingus skaičiavimus ir modeliavimą.
Visa tai galima apibendrinti garsaus pasaulyje astrofiziko ir mokslo populiarintojo Neilo DeGrasse'o Tysono žodžiais:
Vladimiras Guillenas