Het is al een aantal weken geleden dat er vreemde dingen begonnen te gebeuren aan de nachtelijke hemel. U volgt, net als vele anderen, actief het nieuws. De president spreekt, hij wordt ondersteund door astrofysici, geologen en klimatologen. Hij is zenuwachtig, maar als eerbetoon aan de traditie verdeelt hij het nieuws in "slecht" en "goed". Het goede nieuws: we zijn niet dood, de planeet is niet vernietigd, hij wordt niet de ruimte in geveegd en rondgedraaid in een zwaartekrachtwiel. De slechte zijn "zeer interessante klimaatveranderingen". Proberen te overleven naast een zwart gat is als vluchten voor de Titanic - voor de koude dood in de oceaan.
Voordat u uw alarmkoffer grijpt of gek begint te worden: vrees niet, dit is slechts een gedachte-experiment. Zwarte gaten zijn een van de engste verschijnselen in het universum. Hun enorme gewicht buigt ruimte en tijd - en ons begrip van hun aard - tot het uiterste, tot op één punt. Superzware zwarte gaten liggen op de loer in de kernen van sterrenstelsels en overspoelen miljoenen, miljarden sterren.
Wat gebeurt er als er een zwart gat wordt geboren of wordt ontdekt in de buurt van ons zonnestelsel?
Zoals bij de meeste hypothetische vragen, zit de duivel in de kleine dingen. Hoe dichtbij? Waar vandaan? Wat is de massa?
Merk meteen op dat onze zon nooit een zwart gat zal worden. Dit vereist een massa die in de orde van grootte groter is dan de zon - 10-15 keer. Dan zal er een gravitationele ineenstorting zijn, onder invloed van de zwaartekracht stort de materie letterlijk in één punt. Een soortgelijk fenomeen vormt de kern van waterstofbommen en in de theorie van koude thermonucleaire fusie, tenzij zwaartekracht een andere rol speelt. Bovendien zijn andere sterren in naburige sterrenstelsels niet geschikt voor de rol van potentiële zwarte gaten. De meeste van hen zijn rode dwergen en hebben een massa van 8-60% van onze zon.
Er blijven twee opties: óf er verschijnt spontaan een zwart gat in onze omgeving, óf het komt uit het niets. Maar de eerste is, ondanks protest tegen onderzoek bij de Large Hadron Collider, onmogelijk (we zullen later uitleggen waarom).
Wat het tweede betreft: astronomen en astrofysici hebben het bestaan van ongeveer 2000 rondzwervende zwarte gaten bevestigd, maar de kans dat een van hen ons bereikt, is bijna nul. En zoals schrijver Douglas Adams opmerkte:
“De kosmos is geweldig. Je kunt gewoon niet beseffen hoe ongelooflijk en verbluffend groot het is. Ik bedoel, het lijkt misschien een lange weg naar de apotheek, maar naar de maatstaven van de ruimte zijn dit zaden."
Promotie video:
Dit betekent dat de kans op een dergelijke gebeurtenis te interessant is om het niet dichterbij te zien.
Invloed van zwarte gaten op ruimte en tijd
Als je van een afstand naar een zwart gat kijkt, ziet het eruit als elk ander massief object. Zolang het zich recht voor je bevindt, gehoorzaamt het de wetten van de klassieke mechanica en de wet van Newton van de universele zwaartekracht, die stelt dat de aantrekkingskracht tussen twee objecten evenredig is met hun massa en afneemt met toenemende afstand. Met andere woorden, er is geen zwaartekrachtsverschil tussen R136a1, een "blauwe" dwerg met een gewicht van 265 zonnen, en een zwart gat met hetzelfde gewicht.
Kom dichter bij het zwarte gat om in zijn zwaartekrachtveld te komen en je zult worden geconfronteerd met twee verschillende sets regels. Met Einsteins algemene relativiteitstheorie, die zwarte gaten toestaat om ruimte en tijd te vervormen, en extreme zwaartekracht, die deze vervorming tot het uiterste voert.
Als je een zwart gat wilt bestuderen zonder uit een ruimteschip te komen, zul je merken dat hoe dichter je bij het centrum van de immense massa komt, hoe meer je motoren zullen spannen om je in een cirkelvormige baan te houden. In eerste instantie zullen kleine impulsen van de raket het stabiliseren; maar hoe verder je gaat, hoe meer energie je moet besteden om de baan niet te verlaten. Als gevolg hiervan zal alleen de non-stop werking van de raketmotoren je scheiden van het allesverslindende niets.
Zodra je brandstof op is (of je wordt gek en zet de motoren uit), zul je de waarnemingshorizon van het zwarte gat passeren, de grens waarvandaan zelfs geen licht kan terugkeren. Daarna zul je voor al je zonden moeten verantwoorden. Niets zal de onverbiddelijke beweging naar de singulariteit stoppen - de kern van oneindig gecomprimeerde ruimte en tijd, waar de natuurkunde, zoals we die kennen, zich oprolt tot een bal en jankt.
De tijd zal langzamer gaan naarmate je vordert. Heel veel. Vanuit jouw oogpunt verandert er niets, maar je vrienden die je truc bekijken, zullen zien als een wazige bliksem. Maar alleen naar de waarnemingshorizon - het licht gaat er niet voorbij, wat betekent dat niemand je kan zien. Perfecte misdaad, is het niet?
Tijdvervormingen door zwaartekracht komen vaak voor, maar zijn te zwak om opgemerkt te worden. Op aarde, bijvoorbeeld, nadat je een miljard jaar op zeeniveau hebt geleefd, ben je een seconde jonger dan je leeftijdsgenoot die op de top van de Everest woonde. Ze zeggen dat de tijd bang is voor de piramides, maar je moet te veel tijd besteden aan het leunen met je wang om de vertraging van de tijd in Parijs te voelen.
De tijd draait rond in een zwart gat. Als we zeggen dat vervallen in een singulariteit niet kan worden vermeden, betekent dit niet alleen de onverbiddelijke werking van de zwaartekracht of de vervorming van de ruimte. Tijd in een zwart gat krimpt tot het punt dat het pad naar de singulariteit letterlijk jouw toekomst wordt. Ontsnappen aan de singulariteit is als proberen de tijd te stoppen.
Wil je weten wat er in ons zonnestelsel zal gebeuren als het erin slaagt in zo'n maalstroom van krachten te komen? Lees verder.
Dag des oordeels
Stel dat een zwart gat vastzit in een binair systeem dat een ster omhelst die op het punt staat supernova te worden. Plots gebeurt het, de zwaartekrachtreus schiet onze richting uit met een snelheid van tientallen en honderden kilometers per seconde. Hoe weten we dit?
Het antwoord is simpel: we weten het pas als het ergens tegenaan botst, aangezien de enorme zwaartekracht van zwarte gaten niet eens licht afgeeft. Dus, in plaats van te proberen zwarte peper op een zwart tapijt te vinden, laten we eens kijken naar een paar manieren waarop we een zwart gat direct kunnen identificeren.
Ten eerste zal materie die door het zwarte gat wordt verscheurd straling uitzenden wanneer de aanwasschijf roteert. De ruimte rondom zal gloeien als een ketting van nieuwjaarslantaarns gedragen door een kat (vreemde fantasie, maar het zij zo).
Ten tweede kan de vervorming van de ruimte rond zwarte gaten worden opgespoord met aardse methoden. Dit is gravitatielenzen zoals voorspeld door Einsteins algemene relativiteitstheorie. Het effect manifesteert zich in de buurt van massieve objecten en wordt geregistreerd door astronomen.
Maar zelfs onder ideale omstandigheden zal het op deze manier vinden van een zwart gat moeilijker zijn dan het vinden van vlooien op een gevlekte hond 's nachts met een verrekijker. Met een ooglapje. Voor een succesvolle gravitatielenzen moet er een zwart gat tussen ons en de ster passeren. En daarna moeten we nog geluk hebben.
Bovendien kan een zwart gat voelbaar zijn als het gravitationeel in wisselwerking staat met hemellichamen zoals planeten, sterren, asteroïden en kometen, wat ons opnieuw bij de kernvraag brengt: hoe dichtbij zal ons hypothetische zwarte gat, genesteld in de buurt, zich bevinden?
Natuurlijk, hoe dichterbij, hoe gevaarlijker. Terwijl de banen van de planeten en manen naderen, zullen ze salsa dansen als een mus gevangen in een web, kromme banen slepen en de volgorde verstoren die ze proberen samen te stellen sinds de tijd van Nicolaus Copernicus.
Hier op aarde zouden de eb en vloed en de kleur van de lucht veranderen. Als de zwaartekracht, zoals bevolen door Zhirinovsky, de baan van de planeet verder van de zon verplaatst, dichterbij brengt, elliptischer maakt, zullen we op zijn best last hebben van temperatuurveranderingen en eigenaardigheden met de seizoenen. In het ergste geval (behalve dat de aarde onderdeel wordt van een zwart gat), kan de aarde in de zon vallen of een lange reis maken naar de diepten van de ruimte en ons allemaal tot een koude dood leiden.
De beroemde astrofysicus Neil de Grasse Tyson drukte ooit kort en bondig de problemen uit die zouden ontstaan als een "zwarte gast" in de buurt begint:
"Als we een zwart gat bezoeken, krijgt het zonnestelsel een slechte dag."
Laten we niet van voet naar voet voor de waarnemingshorizon gaan en eindelijk duiken.
Contact: goed en slecht nieuws
Er is een woord van zes letters in het Russisch dat het beste beschrijft wat ons te wachten staat. Laten we het gewoon doom noemen. Wetenschappers leerden delen door nul, en we kwamen in een zwart gat terecht. Zelfs Bruce Willis met een dappere bemanning van oliearbeiders, speciaal opgeleid in Tsjeljabinsk, zou ons niet hebben gered.
Als er een zwart gat zou verschijnen in de buurt van Neptunus, zouden we dat onmiddellijk voelen. Wetenschappers kennen de baan van Neptunus zo goed dat ze zelfs een afwijking van 1 boogseconde (een eenheid van hoekmeting) kunnen detecteren. Een gewoon zwart gat met een massa van tien zonnen, vliegend met een snelheid van 300 km / s, zou zichzelf nog een tiende van een lichtjaar geven.
En hier is het laatste goede nieuws: een zwart gat van deze omvang geeft ons minstens 100 jaar om onze aardse zaken af te ronden. Misschien zal een gevaar van deze omvang alle aardse oorlogen beëindigen of een wereldwijde oorlog beginnen. Misschien heeft de mensheid de tijd om zichzelf te vernietigen, zodra ze dat over honderd jaar leert - alles kapot. Het maakt nog niet uit. Als het gat langzamer beweegt, zal de fatale wachttijd vertienvoudigen. En dan zou er genoeg tijd moeten zijn om een ark te bouwen of een planetaire koffer met dingen te verzamelen.
Terwijl het Neptunus nadert, trekt de zwarte dood de gasreus uit een baan. De planeet begint zich vreemd te gedragen: terwijl hij van ons af beweegt, treedt er een roodverschuiving op - de golflengte van zijn straling, inclusief licht, gaat in het rode spectrum. Zodra Neptunus achter het zwarte gat zit, wordt de zwaartekrachtlens over de zwarte bol getrokken en stroomt eromheen. Wanneer de planeet weer verschijnt, al voor ons, ondergaan zijn kleuren een blauwe verschuiving - de golflengte gaat naar dit uiteinde van het spectrum.
Rode en blauwe verplaatsing is in de regel een gevolg van de verwijdering of nadering van een sterrenobject in relatie tot ons. Het lijkt op het Doppler-effect tijdens een ambulancetocht bij ons in de buurt.
Tegelijkertijd, terwijl het zwarte gat de planeet "opeet", zal het gas in een zwaartekrachtspiraal ronddraaien, zoals suiker tijdens het maken van suikerspin. Vanuit ons standpunt zal de spiraal voor altijd de waarnemingshorizon binnengaan. Maar het licht dat door de dood van Neptunus wordt uitgezonden, zal negatief worden gereflecteerd door het zwarte gat, zoals de zonnecorona tijdens een zonsverduistering.
Hoe dichter het zwarte gat bij de aarde is, hoe meer het vervormingseffect eromheen zich zal manifesteren, zoals in een gebogen spiegel. Alle telescopen zullen alleen de leegte in het midden van het zwarte gat zien.
Als onze zwarte dood een superzwaar zwart gat is, zal de geschiedenis al eindigen - zijn waarnemingshorizon zal vijf keer groter zijn dan die van het zonnestelsel. Maar dit is saai. Laten we eens kijken hoe een van deze monsters er van binnenuit uitziet.
Einde van de wereld, of door het kijkglas
Je klimt in het konijnenhol in de wetenschap dat je kennis met hem erg kort zal zijn. We hopen dat we tijd hebben om in ieder geval de binnenkant van het zwarte gat te beoordelen. Gelukkig voor ons, maar helaas voor het zonnestelsel, is dit zwarte gat superzwaar. We hebben de regels veranderd, maar als we dat niet deden, zou het om de een of andere reden zijn beëindigd.
In een klein zwart gat - zeg maar met een massa van 30 zonnen - zouden getijdekrachten veroorzaakt door een toename van de zwaartekracht ons uit elkaar scheuren lang voordat we de waarnemingshorizon bereikten. Maar daar is de zwaartekracht ergens rond een miljoen aardes. Om van de overwinning te genieten - we hebben tenslotte de horizon van het evenement bereikt - hebben we nog geen 0.0001 seconden.
In een superzwaar zwart gat met een massa van 5 miljoen zonnen, zoals dat zich in het centrum van onze melkweg bevindt, wacht ons een heel andere ervaring. Elk zwart gat dat een massa van meer dan 30.000 zonnen heeft geabsorbeerd, heeft getijdekrachten met een zwaartekracht van minder dan één aarde aan de waarnemingshorizon. We hebben 16 seconden om rond te kijken (en de spelregels te veranderen) voordat we het singulariteitspunt bereiken. Hoe meer massa, hoe meer tijd.
Door de waarnemingshorizon heen vallen is als in slaap vallen of verliefd worden: het is moeilijk om een startpunt te bepalen voor wanneer dit zal gebeuren, maar daarna zal je realiteitszin compleet anders zijn. In een zwart gat zie je sterren (licht komt binnen, maar niet andersom), maar de ruimte om je heen lijkt op een zeepbel.
Welnu, nadat je in het niets bent verpletterd, zul je jezelf in een punt van oneindige kromming bevinden, waar de tijd en ruimte die we kennen tot een einde komt.
Ilya Khel
