Kaj se zgodi, če padeš v črno luknjo?

Računalniško simulirana slika prikazuje supermasivno črno luknjo

Črne luknje se zdijo kot stvar znanstvene fantastike, vendar je resničnost še bolj nenavadna





Več o črnih luknjah

Črna luknja je območje vesolja in časa, ki ga gravitacija tako ukrivi, da mu niti svetloba ne more uiti.



V svoji novi knjigi Črne luknje , astronom dr Ed Bloomer preprosto razloži, kako nastanejo črne luknje, kaj je v njih – in kaj bi se zgodilo, če bi kdaj imeli smolo, da bi padli v eno.



V tem posebnem izvlečku Ed opisuje radoveden proces 'špagetifikacije'...



Naslovnica knjige Black Holes dr. Eda Bloomerja, del serije Illuminates Royal Observatory Greenwich

Naročite Črne luknje dr. Eda Bloomerja



Padec v črno luknjo

Eno najpogostejših vprašanj, ki si jih zastavljajo astronomi, je: kaj se zgodi, če padem v črno luknjo?



po čem je bil znan sir francis drake

Zakaj se zdi, da je tolikim ljudem resnično zaskrbljujoče, je zunaj obsega tega članka, a resno razmišljanje je precej dober način za razumevanje, kako natančno delujejo črne luknje.

Recimo, da ste raziskovali galaksijo in ste se preveč približali črni luknji, ne da bi se zavedali.



Jaz, bistveno bolj razumen, sem ostal precej daleč na oddaljeni vesoljski postaji, vendar sem pripravljen pomagati, če lahko! In ker sem radodaren in razumen, sem ti dal neverjetno vesoljsko ladjo, ki zmore skoraj vse. Vprašanje je, bo skoraj biti dovolj?



V naši situaciji 'preblizu' pomeni, da se ne morete postaviti v stabilno orbito, zato boste morali porabiti energijo za vzdrževanje orbite. Prečkali ste najbolj notranja stabilna krožna orbita , ali ISCO. Ni problema, vaša vesoljska ladja ima močne in učinkovite motorje.

Slika Oče in sin se igrata na liniji Prime Meridian pred zgodovinsko stavbo Flamsteed House Kraljevega observatorija

Žal, proti črni luknji se premikajo tudi druge stvari. Molekule plina, malo prahu, morda še kakšen nesrečnik brez tako dobre vesoljske ladje, kot je vaša. Ugotovili ste, da ste del akrecijski disk prihajajočega materiala, in to ni tako kolegialno, kot se sliši.



Čeprav ni del same črne luknje, se ta material zaradi trenja segreje in proizvaja elektromagnetno sevanje ter pade bolj navznoter.



Valovna dolžina in intenzivnost sevanja sta odvisna od mase tistega, v kar se vrtite – akrecijski diski protozvezd, na primer, sevajo v infrardečem spektru, kar morda ni tako slabo, ker je ta emisija precej nizkoenergijska. Toda v primeru črnih lukenj zadostujeta gravitacija in trenje, da vas razstrelita z visokoenergetskimi rentgenskimi ali gama žarki. Oprosti!

Umetnikov koncept z dovoljenjem NASA/JPL-Caltech

Ker je disk ploščat in se giblje okoli tega, kar si boste mislili kot ekvatorja črne luknje, se boste morda poskušali spraviti 'nad' ali 'pod' diska, vendar vas bodo potegnili nazaj v poravnavo. Niti niste dosegli nenavadnih stvari – to je dokaj običajna mehanika – čeprav se morda že zavedate, da ste v težavah.



Verjetno je čas, da začnete signalizirati pomoč, zato pošljete radijski signal oddaljeni vesoljski postaji, od koder opazujem stvari, kolikor lahko. Realno, kaj lahko storim?



Ko se približate črni luknji, se signali, ki jih pošiljate, povečajo gravitacijski rdeči premik ko fotoni plezajo iz gravitacijskega vodnjaka. Vesoljska postaja dobesedno sprejema različne valovne dolžine, kot jih oddajate, a medtem ko sem zaposlen s ponovnim nastavljanjem sprejemnikov, vas vedno bolj skrbi plimske sile, ki delujejo na vesoljsko ladjo.

Gravitacijski gradient, ko se približate črni luknji, je vse bolj strm, zato se povečuje razlika med gravitacijskim vlekom na dele vesoljskega plovila, ki so bližje črni luknji, in tisti, ki so dlje.

Začenjate se raztezati in se temu raztezanju upreti z močjo materiala, iz katerega sestavlja vaše vesoljsko plovilo. Toda v ekstremnih situacijah vas bodo plimske sile raztegnile narazen, proces, znan kot špagetifikacija .

Slika

Kaj je špagetifikacija?

V astrofiziki je špagetifikacija učinek plimovanja, ki ga povzročajo močna gravitacijska polja. Ko na primer pada proti črni luknji, se predmet raztegne v smeri črne luknje (in stisne pravokotno nanjo, ko pade). Dejansko je predmet lahko popačen v dolgo, tanko različico svoje nepopačene oblike, kot da bi bil raztegnjen kot špageti.

Ukrivljena črta na diagramu predstavlja del površine črne luknje. Na levi risbi višina in širina astronavta ustrezata pričakovanemu. Ko se približujejo središču črne luknje, občutijo rahlo stiskanje vodoravno in raztezanje navpično. Na desni podobi so še bližje, stiskanje in raztezanje njihove oblike pa še bolj dramatično.

Špagetifikacija ni neizogibna. Črne luknje različnih množic bodo imele različne gradiente, tako da je s supermasivnimi črnimi luknjami popolnoma mogoče preiti obzorje dogodkov brez škodljivih učinkov. Spet to ne pomeni, da gravitacijski vlek ni močan, le da gradient ni preveč ekstremen. Predpostavimo, da je temu tako.

sence na luni

Na žalost se zdi, da v našo črno luknjo padajo tudi druge stvari.

Čeprav se morda zdi malo družbe dobrodošlo, se delci, ki padajo, v turbulentnem toku zavijejo v črno luknjo in se drgnejo drug ob drugega. Kot smo videli, nastali akrecijski disk zaradi tega trenja oddaja sevanje in zaradi ogromnega gravitacijskega vleka se delci pospešijo do pomembnih deležev svetlobne hitrosti.

Rezultat je zelo energijsko sevanje, vključno z močnimi rentgenskimi žarki. Črna luknja lahko celo proizvaja tesno osredotočene astrofizične curke ionizirane snovi (dovolj močne in z dovolj visokimi hitrostmi, da jih lahko imenujemo relativistični curki).

Jet žarki lahko trajajo milijone svetlobnih let, zato upamo, da bi jih opazili že prej. So tudi zapletene stvari z neodgovorjenimi vprašanji, ki jih obdajajo, zato se ne bomo preveč zadrževali na njih. Pomembno je, da se poravnajo z osjo vrtenja, medtem ko se mi v akrecijskem kolutu približujemo skoraj pravokotno nanjo. Imate dovolj skrbi, zato predpostavimo, da curki niso problem.

Pravzaprav predpostavimo, da padete v sicer povsem tiho črno luknjo in ni curkov ali akrecijskega diska. Zdaj se začne prava zabava.

(Mimogrede, dovolj sem vesel, da lahko naredim vse te domneve, vendar je vredno omeniti, koliko jih naredimo samo zato, da nas 'navadna' mehanika črne luknje ne uniči!)

Gravitacija črne luknje izkrivlja sam prostor-čas. V našem primeru nas zanima proces, imenovan kot časovna dilatacija , še en relativistični učinek. To je še posebej zapleteno vprašanje, zato ga bomo tukaj obravnavali rahlo. Toda kljub temu, če želimo opisati njegove učinke, moramo biti previdni pri svojem stališču. Za opazovalce v različnih položajih bodo stvari videti precej drugačne.

Predpostavimo, da sem še vedno na tisti oddaljeni vesoljski postaji, ki ste jo nakazali za pomoč. Časovna dilatacija pomeni, da se z moje perspektive dejansko začneš upočasnjevati, ko padeš v črno luknjo. Kar se mene tiče, tebi čas dobesedno teče počasneje kot meni.

Po mojih izračunih se bo vaše potovanje skozi čas ustavilo, ko se boste približali obzorju dogodkov.

Ne pozabite, da vas vse težje celo zaznam, saj se vaši radijski signali za pomoč in vsi drugi fotoni, ki jih oddajate, raztezajo na vse daljše valovne dolžine. Vi medtem doživljate, da čas mine normalno.

Počakaj, ali ni čas ... čas? Kako lahko to doživljamo tako drugače?

No, sam čas teče različno, odvisno od tega, kaj se dogaja. To niso figure govora: predmeti se premikajo prostor-čas z različnimi hitrostmi (ne samo v normalnih treh dimenzijah, povezanih z njihovo hitrostjo, kot jo običajno razumemo, ampak tudi v času). Resnično opažamo učinke zaradi ekstremne situacije, ki smo jo zasnovali, vendar se ta izkrivljanja v večji ali manjši meri dogajajo kjer koli že ste.

kjer je bil izstreljen apollo 11

Če bi bilo vse drugo v redu, bi preprosto prešli obzorje dogodkov in nadaljevali proti singularnosti. Seveda pa besedi 'dobro' in 'preprosto' tukaj veliko delata!

Kaj se dogaja 'zunaj' črne luknje, medtem ko se to dogaja? No, žal sem moral opustiti, da sem te lahko dosegel ali celo dobil signal od tebe. Prešli ste točko brez vrnitve.

Z vašega zornega kota ni več 'zunaj', ki bi ga dosegli, saj vas vsaka smer vodi proti središču črne luknje. Z mojega vidika in za vse namene in namene ste prenehali obstajati.

Zato so črne luknje samo ... konec, tako v prostoru kot v času.

Dejansko stvari, ki prečkajo obzorje dogodkov, v vesolju ne igrajo več vloge. Nikomur ne morejo signalizirati in obratno. In ko rečemo signal, ne mislimo na pošiljanje skladnega sporočila. Preprosto mislimo na posredovanje kakršnih koli informacij.

številka kitajskega novega leta

Predstavljajte si, da ste astronom, ki sedi v laboratoriju poleg osupljivo občutljivega detektorja, ki nekako reagira na en sam, osamljen foton katere koli valovne dolžine, ki se oddaja izven obzorja dogodkov črne luknje. Ko se to zgodi, bo sprožila sireno, ki para ušesa, tako da zagotovo ne boste zamudili pozornosti.

Toda dan za dnem, leto za letom ne bo nič drugega kot tišina. Kar se tiče tega detektorja, tam preprosto ni nič. Popolna informacijska praznina.

Skratka: ne približujte se črnim luknjam!

Slovar črnih lukenj – kaj pomenijo ti izrazi?

Akrecijski disk Dinamična disku podobna struktura materiala, ki se spiralno giblje proti masivnemu predmetu, kot je črna luknja. Stvari, kot so molekule prahu in plina, ki trčijo ali se drgnejo druga ob drugo, ko se vrtijo navznoter, lahko oddajajo sevanje, ki ga lahko nato uporabimo za preslikavo prostor-časa blizu obzorja dogodkov črne luknje, čeprav ne znotraj njega.

Gravitacijski rdeči premik opisuje proces, s katerim morajo fotoni 'splezati' iz gravitacijskega vodnjaka masivnega predmeta, pri čemer izgubijo energijo in se premaknejo na daljše valovne dolžine. Tako bo svetloba, ki jo oddaja predmet, sprejeta na različnih valovnih dolžinah (ali frekvencah), odvisno od položaja sprejemnika glede na oddajnik.

Najbolj stabilna krožna orbita (ISCO) Objekti ne morejo vzdrževati stabilnih orbit na vsaki razdalji od črne luknje. Meja ISCO označuje prag, pri katerem orbite postanejo nestabilne in se predmeti premikajo po poti naprej proti črni luknji. Položaj meje je odvisen od črne luknje.

Nakupujte Kraljevski observatorij Greenwich osvetljuje: sonce Brendana Owensa 9,99 £ Raziščite zvezdo na našem pragu in začrtajte pot od starodavnega vraževerja do globokih znanstvenih skrivnosti, ki jih še ni treba razrešiti... Kupi zdaj Nakupujte Kraljevski observatorij Greenwich osvetljuje: črne luknje dr. Eda Bloomerja 9,99 £ Črne luknje so pogosto pametne naprave za zaplet v znanstvenofantastičnih filmih, vendar so ti nenavadni predmeti resnični, čeprav jih je hudo težavno razumeti ... Kupi zdaj Nakupujte Kraljevski observatorij Greenwich osvetljuje: raziskovanje vesolja Dhara Patel 9,99 £ Vesolje je veliko večje, kot si človeštvo lahko predstavlja. Čeprav so naši predniki vizualno preučevali nebo, da bi razumeli vesolje, je stoletja raziskovanje vesolja v njegovem pravem pomenu le trenutek na tej zgodovinski časovnici, vendar smo tako bistveno izboljšali naše razumevanje kozmosa ... Kupi zdaj Planetarium Predstave in dogodki Planetarij Od tega sveta opazovanje zvezd in astronomske oddaje za vso družino Rezervirajte zdaj Obiščite Royal Observatory Obiščite dom Greenwichskega povprečnega časa (GMT), glavnega poldnevnika sveta in edinega planetarija v Londonu Izvedite več Razstava Astronomski fotograf leta Razstava Oglejte si največjo vesoljsko fotografijo na svetu v Narodnem pomorskem muzeju Obisk

Glavna slika z dovoljenjem NASA Goddard