Что будет, если попасть в черную дыру

Черные дыры и фотосинтез. Что между ними общего?

Ученые также рассмотрели эффекты воздействия этого излучения на фотосинтез — процесс синтеза органических веществ из неорганических за счет энергии света с помощью которого растения производят кислород, а некоторые виды бактерий и водоросли также глюкозу. Как уже отмечалось выше, АЯГ способны излучать огромные объемы ключевого элемента, необходимого для фотосинтеза – свет. По мнению Манасви, этот аспект был бы особенно важен для так называемых планет-сирот, объектов, имеющим массу, сопоставимую с планетарной, и шарообразную форму и являющихся по сути планетами, но не привязанных гравитационно ни к какой звезде. По мнению ученых, в «обитаемой зоне» галактик размером с наш Млечный Путь могут находиться около 1 миллиарда подобных планет-странников.

Рассчитав площадь, на которой АЯГ будут способны поддерживать фотосинтез, ученые обнаружили, что огромное количество галактик, в частности тех, в чьих центрах расположены сверхмассивные черные дыры, смогут поддерживать подобный вид фотосинтеза. Например, для галактики размером с нашу, эта область будет занимать порядка 1100 световых лет вокруг ее центра. Что же касается маленьких и более плотных, так называемых ультракомпактных карликовых галактик, то более половины их площади будет пригодна для фотосинтеза, отмечают ученые.

При свежем взгляде на рентгеновское и ультрафиолетовое излучение, говорят исследователи, становится понятно, что в прошлом негативные эффекты АЯГ были существенно преувеличены. Ученые поясняют, что многие виды тех же земных бактерий способны создавать вокруг себя специальную биопленку, которая защищает их от ультрафиолетового излучения, поэтому не следует исключать возможности того, что жизнь в областях космоса с повышенным радиационным фоном могла бы также адаптироваться к подобным методам выживания.

В новом исследовании также утверждается, что рентгеновское и гамма-излучение, которое также активно выбрасывается АЯГ в огромных количествах, будет без проблем поглощаться землеподобной атмосферой экзопланет и, по-видимому, не нанесет существенного влияния на формы жизни, которые могут на них обитать.

Что же касается АЯГ нашей галактики, то по мнению исследователей, негативные эффекты его излучения будут существенно снижены уже в радиусе 100 световых лет от центра АЯГ.

Обсудить новость можно в нашем Telegram-чате.

Вы станете частью Вселенной

Хокинг когда-то предположил, что определенные частицы, попадающие в черную дыру, проходят своего рода процесс фильтрации на положительно заряженные и отрицательно заряженные. Частицы эти очень медленно поглощаются черной дырой. С погружением в нее отрицательно заряженные частицы теряют свою массу. Положительно же заряженные частицы обладают достаточной энергией для того, чтобы оставаться снаружи черной дыры в качестве излучения.

Согласно Хокингу, черные дыры медленно, но верно теряют свою массу и становятся горячее. В конце концов они взрываются и разбрасывают свое содержимое, называемое излучением Хокинга, обратно во Вселенную. Это, по крайней мере в теории, означает то, что вы сможете стать частью Вселенной, как Феникс, возродившийся из атомного пепла.

Призраки погибших вселенных

На этом изображении можно увидеть многое.

В августе этого года британский физик Оксфордского университета Роджер Пенроуз сделал весьма громкое заявление. Он и его команда утверждают, что до появления нашей Вселенной, то есть до Большого взрыва, существовала другая вселенная. На такой вывод ученых натолкнул ряд наблюдаемых световых аномалий в микроволновом фоновом излучении, которые, по словам Пенроуза, представляют собой световые спирали, оставшиеся от черных дыр, принадлежавших предыдущей вселенной, существовавшей до Большого взрыва.

В одной из своих теорий еще более знаменитый британский физик Стивен Хокинг предположил, что черные дыры, после того, как потеряют основную массу своих частиц, пропадают. Эти гипотетические частицы носят название гравитонов. Они не имеют массы, электрического и иного заряда, но при этом обладают энергией и поэтому участвуют в гравитационном взаимодействии.

Когда одна вселенная погибает и появляется новая, эти гравитоны, как считает, Пенроуз, становятся частью новой вселенной. Ученый и его коллеги убеждены, что обнаружили эти уцелевшие «остатки» в микроволновом фоновом излучении. Они назвали обнаруженные световые аномалии «точками Стивена Хокинга». Если наблюдения ученых подтвердятся, нас ждет серьезная редактура теории Большого взрыва.

Что такое ЧЁРНАЯ дыра простыми словами. Что такое чёрная дыра в космосе простым языком

Черная дыра является одним из самых загадочных явлений во Вселенной. Найти её взглядом крайне сложно, так как данная область не выделяет никакого света, поэтому является практически невидимой.

Черная дыра является чем-то вроде трещины в космосе. Она изгибает пространство своей мощной гравитацией таким образом, что появляется дыра, из которой ничто не может убежать, как только попадает в нее. Даже лучи света не могут сопротивляться.

Активные черные дыры поглощают вещество из окружающей среды и становятся еще тяжелее. Их сфера влияния увеличивается, и они могут получить новую материю.

Но есть также «спящие» черные дыры, которые существуют, но не могут добраться до материи. Когда что-то случается с ними, они снова просыпаются.

Черные дыры являются важным строительным блоком Вселенной. Без них она выглядела бы совершенно иначе. Предположительно, галактик вообще не было бы. В настоящее время изучается влияние черных дыр на их образование.

Дыра настолько черная, что она не излучает свет. Проходящие световые лучи отталкиваются от её первоначальной орбиты огромной гравитацией. В зависимости от того, насколько близок луч света к черной дыре, он оказывает на неё очень разные эффекты.

Как найти черную дыру

При данном явлении наблюдается изгиб световых лучей. Если между нами и далекой галактикой есть черная дыра, мы думаем, что свет галактики будет согнут, потому что он должен пройти через гравитационное поле черной дыры.

Отклонение лучей называется гравитационным линзированием. Этот эффект также возникает, когда большие массовые коллекции, такие как галактики или кластеры галактик, находятся на пути и изгибают свет от базовых объектов.

Неожиданно галактика может появиться несколько раз, а её клоны образуют кольцо вокруг черной дыры. Такие кольца выделяются, когда, например, космический телескоп Хаббла фотографирует звездные поля. Сама черная дыра не видна, но кольца указывают на нее.

Однако, изображение галактики или звезды скользит, поэтому оно находится не в своём точном месте нахождения.

Световые лучи, исходящие от далекой звезды, пересекают гравитационное поле черной дыры и отклоняются от исходной орбиты.

Таким образом, наблюдатель на Земле не видит эту звезду там, где она на самом деле находится. Вместо этого звезда немного смещена, а иногда в два раза или больше!

Если черная дыра когда-то принадлежала двойной звездной системе, которая превратила звезду в черную дыру, вы можете увидеть, как она постоянно истощает материю от оставшейся звезды.

При этом вокруг черной дыры образуется аккреционный диск, в котором «украденное» вещество вращается вокруг области и постепенно попадает в неё.

Как развиваются черные дыры, и какие типы существуют

Вспышка сверхновой

Массивная звезда в конце своей жизни взрывается в сверхновую и отталкивает ее внешние слои. Остальная часть звезды разрушается и сжимается в самых маленьких пространствах. Там создается черная дыра, которая больше не позволяет свету убегать.

Если бы это случилось с нашим Солнцем, у него просто был бы диаметр 3 км!

Для того чтобы вспышка сверхновой произошла, звезда должна весить не менее восьми солнечных масс. После опускания её внешних слоев впечатляющим образом остается черная дыра, в которой масса бывшей звезды концентрируется в крошечном пространстве.

Черные дыры, вероятно, могут возникнуть, когда две звезды сталкиваются и объединяют свои массы. Если масса превышает определенное значение, эта новая звезда рушится до черной дыры.

Галактика Сомбреро

Существуют сверхмассивные черные дыры, которые в миллион или даже в миллиард раз больше массы нашего Солнца. Они находятся в центре большинства галактик.

Как они появились, до сих пор неясно, и сейчас их изучают. Может быть, когда черные дыры слились вместе. Или они пожирают столько материи из своей среды в ходе существования, что могут стать чрезвычайно тяжелыми. Считается, что прийти к образованию большой галактики можно благодаря наличию черной дыры.

Есть ли крошечные черные дыры во Вселенной, трудно ответить, потому что за невозможно проследить. Но кто знает, может быть, кто-то живет в стиральной машине и проглатывает некоторые вещи оттуда?

Изначальные черные дыры в настоящее время остаются чистой теорией. Возможно, они сформировались вскоре после Большого взрыва, когда материя все еще была переполнена в ограниченном пространстве. В некоторых местах она была, вероятно, настолько плотной, что смогла создать черную дыру.

Поиск черной дыры

Проект BlackHoleCam — это европейский проект окончательного изображения, измерения и понимания астрофизических черных дыр. Европейский проект является частью глобальной коллаборации — консорциума Event Horizon Telescope, в который входит больше 200 ученых из Европы, Америк, Азии и Африки. Вместе они хотят сделать первый снимок черной дыры.

В апреле 2017 года они наблюдали галактический центр и M87 при помощи восьми телескопах на шести различных горах в Испании, Аризоне, Гавайях, Мексике, Чили и Южном полюсе.

Все телескопы были оснащены точными атомными часами для точной синхронизации их данных. Ученые записали несколько петабайт сырых данных, благодаря удивительно хорошим погодным условиям по всему миру в то время.

Что такое черная дыра?

Мы привыкли, что все во Вселенной происходит по определенным законам. Каждый процесс неизменно играет свою роль, не выходя за рамки сценария. Вот только гравитация сама себе сценарист и может менять все так, как ей вздумается.

Сила гравитации правит балом во всем космическом пространстве, но может это и не сила вовсе? Эйнштейн связывал ее с деформацией времени и пространства. Так что может в итоге может оказаться так, что гравитацию невозможно описать стандартной моделью физики частиц.

Все же знакомы с процессом смерти гигантских звезд? Когда из-за нехватки топлива она больше не способна оказывать давление на собственную силу тяжести, и ее ядро сжимается до невероятно малых размеров. Сама звезда при этом взрывается, и остается лишь маленький суперплотный шарик, который продолжает коллапсировать со временем.

И кто, скажите мне, способен этому коллапсу помешать? Есть ли хоть одна сила в космосе, способная противостоять гравитации? Нет, и скорее всего, мы никогда о такой не узнаем.

До каких пор будет сжиматься это самое ядро? До тех самых, пока не уменьшится до бесконечно малой точки в пространстве с бесконечно большой массой, которую мы называем, как? Правильно, сингулярность. И это явление тоже можно смело называть черной дырой. Вот вы и узнали, что такое черная дыра. А чего вы ожидали? То, что вы привыкли считать черной дырой, огромное черное пятно, лишь ее тень. Если уже это вас шокировало, то дальше лучше не читайте.

Где сингулярность?

Изнутри горизонта событий черной дыры, в каком направлении вы бы ни двигались, вы в конечном итоге сталкиваетесь с самой сингулярностью. Поэтому, как ни странно, сингулярность появляется во всех направлениях. Если ваши ноги указывают в направлении ускорения, вы увидите их перед собой, но также и над собой. Все это легко просчитывается, хоть и чрезвычайно нелогично. И это только для упрощенного случая: невращающейся черной дыры.

А теперь давайте перейдем к физически интересному случаю: когда черная дыра вращается. Черные дыры обязаны своим происхождением системам из вещества — вроде звезд — которые всегда вращаются на каком-то уровне. В нашей Вселенной (и в общей теории относительности) угловой момент представляет собой абсолютную заключенную величину для любой закрытой системы; нет никакого способа от него избавиться. Когда совокупность вещества коллапсирует до радиуса, который меньше радиуса горизонта событий, угловой момент оказывается заключенным внутри него, как и масса.

Сингулярность и горизонт событий.

Решение, которое мы имеем здесь, будет намного сложнее. Эйнштейн представил общую теорию относительности в 1915 году, а Карл Шварцшильд получил решение по невращающейся черной дыре пару месяцев спустя, в начале 1916 года. Но следующий шаг в моделировании этой проблемы более реалистичным способом — когда черная дыра обладает угловым моментов, а не только массой — был предпринят только в 1963 году, когда Рой Керр нашел точное решение в 1963 году.

Существует несколько фундаментальных и важных различий между более наивным и простым решением Шварцшильда и более реалистичным и сложным решением Керра. Среди них:

• Вместо единого решения о том, где находится горизонт событий, у вращающейся черной дыры есть два математических решения: внутренний и внешний горизонт событий.
• За пределами даже внешнего горизонта событий существует место, известное как эргосфера, в котором само пространства перемещается со скоростью вращения, равной скорости света, и частицы в нем испытывают огромные ускорения.
• Существует максимальное допустимое отношение углового момента к массе; если импульс будет слишком сильным, черная дыра будет излучать эту энергию (посредством гравитационного излучения), пока он не упадет до предела.
• И самое интересное: сингулярность в центре черной дыры — это уже не точка, а одномерное кольцо, радиус которого определяется массой и угловым моментом черной дыры.

Учитывая все это, что произойдет, когда вы попадете в черную дыру? Да то же самое, что произойдет, если вы попадете в невращающуюся черную дыру, за исключением того, что все пространство не ведет себя так, будто падает в направлении центральной сингулярность. Вместо этого, пространство также ведет себя так, будто перемещается вдоль направления вращения, как закручивающаяся воронка. Чем больше отношение углового момента к массе, тем быстрее она вращается.

Можно ли попасть в черную дыру

Тем не менее, идея того, что вас засосет в черную дыру, остается неверной. Это заблуждение. Каждая отдельная частица, составляющая объект, на который воздействует черная дыра, все еще подчиняется тем же законам физики, включая гравитационную кривизну пространства-времени, порожденную общей теорией относительности.

Сила гравитационного воздействия может менять в зависимости от многих факторов.

Хотя справедливо, что ткань пространства искривлена наличием массы, и что черные дыры обеспечивают наибольшую концентрацию массы во всей Вселенной, также верно и то, что плотность этой массы не играет роли в том, как искривляется пространство. Если заменить Солнце белым карликом, нейтронной звездой или черной дырой с такой же массой, гравитационная сила, воздействующая на Землю, не изменилась бы. Именно общая масса искривляет пространство вокруг; плотность практически не имеет к этому никакого отношения.

Издали черная дыра напомнит любую другую массу во Вселенной. Только при приближении — в пределах нескольких радиусов Шварцшильда — вы начнете замечать отклонения от ньютоновской гравитации. Тем не менее, черная дыра действует просто как аттрактор, и объекты, приближающиеся к ней, будут обладать такими же орбитами, что и всегда: круговыми, эллиптическими, параболическими или гиперболическими, с достаточно большим приближением.

Из-за приливных сил приближающиеся объекты могут разрываться на части, а поскольку вещество собирается вокруг черной дыры в форме диска аккреции, могут быть и другие эффекты: магнитные поля, трение и нагревание. Часть вещества, учитывая эти дополнительные взаимодействия, может замедляться и в конечном итоге поглощаться черной дырой, но подавляющее большинство ее все равно будет убегать.

Самое главное в том, что черные дыры ничего не засасывают; нет никакой силы, которую черная дыра оказывала бы на обычный объект (вроде луны, планеты или звезды). Работает исключительно гравитация. Самое главное отличие в том, что черные дыры плотнее большинства других тел, при этом занимают меньший объем пространства и могут быть гораздо более массивными, чем любой другой объект по отдельности. Сатурн может быть замечательно кружит на орбите вокруг Солнца, но если поместить вместо светила черную дыру из центра Млечного Пути — которая в 4 000 000 раз массивнее нашей звезды — приливные силы будут достаточно мощными, чтобы вытянуть Сатурн в огромное кольце, так что он станет частью диска аккреции черной дыры. При достаточном трении, нагреве и ускорении в присутствии гравитационных, электрических и магнитных полей, которые создает материя, все рано или поздно будет проглочено и упадет в черную дыру.

Черные дыры, по всей видимости, засасывают материю внутрь лишь благодаря своей массе, а сочетание приливных сил и вещества, уже присутствующего возле черной дыры, разрывает объекты на мелкие частицы, которые увлекаются диском аккреции и в конечном итоге самой черной дырой. Однако подавляющее большинство вещества, которое пройдет рядом с черной дырой, будет выплюнуто обратно в той или иной форме. Лишь малая часть, попадающая в горизонт событий, приведет к росту черной дыры.

Если заменить всю массу Вселенной эквивалентной черной дырой и убрать весь трущийся материал в виде дисков аккреции, очень мало чего вообще будет засосано. Единственное трение, которое испытает частица, будет связано с гравитационным излучением, испускаемым в процессе движения частицы сквозь искривленное черной дырой пространство. Только материал, который сформировал внутреннюю часть, в три раза превышающую радиус горизонта событий, будет засосан внутрь вследствие поведения самой теории Эйнштейна. Но это пшик по сравнению с тем, что попадает в горизонт событий в нашей физической реальности.

Идея о том, что черные дыры вообще что-то засасывают, похоже, стала отличительной чертой этих загадочных объектов. Но это миф. Черные дыры растут только из-за гравитации, ничего более. В нашей Вселенной этого более чем достаточно.

Что ж, пришло время рассказать об этом всем, кто до сих пор не знает правды. Начните в нашем чате в Телеграме.

Падение в черную дыру

Что же произойдет, если вы случайно упадете в одну из этих космических аберраций? Сначала спросим вашего космического напарника — назовем ее Анна — которая с ужасом смотрит, как вы плывете по направлению к черной дыре, в то время как она остается на безопасном расстоянии. Она наблюдает странные вещи.

Если вы ускоряетесь по направлению к горизонту событий, Анна видит, как вы растягиваетесь и искажаетесь, словно она смотрит на вас через гигантскую лупу. Кроме того, чем ближе вы подходите к горизонту, тем больше ваши движения замедляются.

Вы не можете крикнуть, поскольку воздуха в космосе нет, но можете попытаться сигнализировать Анне сообщение Морзе светом своего iPhone (даже приложение есть для этого). Однако ваши слова будут достигать ее все медленнее и медленнее, поскольку световые волны растягиваются до все более низких и красных частот: «Хорошо, х о р о ш о, х  о  р  о…».

Когда вы достигнете горизонта, Анна увидит, что вы замерзли, словно кто-то нажал кнопку паузы. Вы отпечатаетесь там, обездвиженный и вытянутый по всей поверхности горизонта, когда нарастающее тепло начнет вас поглощать.

По мнению Анны, вас медленно стирает растяжение пространства, остановка времени и тепло излучения Хокинга. Перед тем как погрузиться в темноту черной дыры, вы превратитесь в пепел.

Но прежде чем начинать планировать похороны, давайте забудем об Анне и посмотрим эту жуткую сцену с вашей точки зрения. И знаете, что тут происходит? Ничего.

Световые волны все больше растягиваются

Вы плывете прямиком в самое зловещее проявление природы и не получаете ни шишки, ни синяка — и уж точно не растягиваетесь, не замедляетесь и не поджариваетесь на излучении. Потому что находитесь в свободном падении и не испытываете гравитации: Эйнштейн назвал это «самой счастливой мыслью».

В конце концов, горизонт событий — это не кирпичная стена, плавающая в пространстве. Это артефакт перспективы. Наблюдатель, который остается вне черной дыры, не может видеть сквозь него, но это не ваша проблема. Для вас горизонта не существует.

Если бы черная дыра была меньше, у вас были бы проблемы. Сила гравитации была бы гораздо сильнее у ваших ног, чем у вашей головы, и растянула бы вас как спагетти. Но к счастью для вас это большая черная дыра, в миллионы раз массивнее Солнца, так что силы, которые могли бы вас спагеттифицировать, достаточно слабы, чтобы их можно было проигнорировать.

Более того, в достаточно большой черной дыре вы могли бы прожить остаток своей жизни, а после умереть в сингулярности.

Возможно ли вернуться обратно из черной дыры?

Насколько нормальной эта жизнь будет, большой вопрос, учитывая что вас засосало против вашей воли в разрыв в пространственно-временном континууме и обратного пути нет.

Но если задуматься, нам всем знакомо это чувство, по опыту общения не с пространством, но со временем. Время идет только вперед, никогда назад, и засасывает нас против нашей воли, не оставляя шанса на отступление.

Это не просто аналогия. Черные дыры искажают пространство и время до такого экстремального состояния, что внутри горизонта событий черной дыры пространство и время на самом деле меняются ролями. В действительности, именно время засасывает вас в сингулярность. Вы не можете развернуться и уйти из черной дыры точно так же, как не можете развернуться и уйти обратно в прошлое.

В этот момент вы спросите себя: что не так с Анной? Если вы прохлаждаетесь внутри черной дыры, будучи окруженным пустым пространством, почему ваш напарник видит, как вы сгораете в излучении на горизонте событий? Галлюцинации?

А как ваше путешествие будет выглядеть со стороны наблюдателя?

На самом деле, Анна пребывает в полном здравии. С ее точки зрения вы действительно сгорели на горизонте. Это не иллюзия. Она даже могла бы собрать ваш пепел и отправить его домой.

На самом деле, законы природы требуют, чтобы вы оставались за пределами черной дыры, как это видно с точки зрения Анны. Это потому что квантовая физика требует, чтобы информация не пропадала, не терялась. Каждый бит информации, который говорит о вашем существовании, должен оставаться за пределами горизонта, чтобы законы физики Анны не нарушались.

С другой стороны, законы физики также требуют, чтобы вы плыли через горизонт, не сталкиваясь с горячими частицами или чем-то из ряда вон выходящего. В противном случае, вы будете нарушать «самую счастливую мысль» Эйнштейна и его общую теорию относительности.

Итак, законы физики требуют, чтобы вы одновременно были снаружи черной дыры в виде горстки пепла и внутри черной дыры, живы и здоровы. И есть также третий законы физики, который говорит, что информация не может быть клонирована. Вы должны быть в двух местах, но может быть только одна копия вас.

Информационный парадокс

Вселенная удивительна. И очень жаль, что современные города загрязнены освещением так сильно, ведь звезд в ночном небе практически не видно. Между тем, если бы каждую ночь мы видели из окна Млечный Путь, а каждый август наблюдали за потоком Персеиды не выходя из дома, мы, наверняка, задумывались о Вселенной чаще. В конце концов, самые безумные физические теории, например, о множественности миров или о том, что с помощью черных дыр можно путешествовать в этот самый Мультиверс, могут оказаться реальностью, кто знает.

Ну а пока Андрей Линде и другие ученые предполагают, что наш Большой взрыв был не единственным, усилия других направлены на изучение черных дыр, существование которых удалось доказать несколько лет назад.

Стивен Хокинг, который посвятил массу научных трудов этим космическим монстрам, полагал, что мере того, как черная дыра испускает излучение, она испаряется, в конечном итоге полностью исчезая — отсюда и так называемый информационный парадокс черной дыры. Если куча информации попадает в черную дыру, и информация не может быть уничтожена, то когда черная дыра исчезает и куда девается вся информация?

Снимок черной дыры, полученный помощью сети телескопов, расположенных на разных континентах. То, что мы видим на снимке – больше по размеру, чем вся наша Солнечная система. Масса этой черной дыры превышает солнечную в 6,5 млрд раз.

В серии прорывных работ физики-теоретики подошли мучительно близко к разрешению информационного парадокса черной дыры, который очаровывал и мучил их в течение почти 50 лет. Информация, как они теперь с уверенностью говорят, действительно ускользает из черной дыры.

Если прыгнуть в черную дыру, вы не пропадете навсегда. Частица за частицей, информация, необходимая для восстановления вашего тела, будет появляться снова. Большинство физиков давно предполагали, что так оно и будет; таков был итог теории струн – ведущего кандидата на создание единой теории всего. Но новые вычисления, хотя и вдохновленные теорией струн, сами по себе не предполагают их существования.