Иногда звезда обращается вокруг чёрной дыры на таком расстоянии, где приливные силы не так сильны, чтобы полностью разорвать звезду, но они всё равно стягивают с неё газ и материал. 3. Черные дыры и сингулярности. В научно-фантастической литературе и фильмах черная дыра обычно представляется этаким космическим Гаргантюа, безжалостно пожирающим пролетающие корабли с отважными блондинками и даже целые планеты. Владелец сайта предпочёл скрыть описание страницы.
Досье: Стивен Кип Торн
- Смотрите также
- Звезды могут поглощать черные дыры — нестандартная гипотеза - Телеканал "Наука"
- Наука в фильме "Интерстеллар": кротовые норы, черные дыры, пространство-время
- Самая важная вещь во вселенной. Снимок черной дыры стал научным прорывом? | 360°
- Космические хот-доги
Новости черных дыр
Похожие. Следующий слайд. космос гаргантюа / чёрная дыра / Интерстеллар Creative Land. Сверхмассивная чёрная дыра или плохо сфотографированный глазированный пончик Krispy Kreme? По Торну, Гаргантюа скорее похож на ещё более массивную сверхмассивную чёрную дыру, которая предположительно находится в ядре туманности Андромеды и которая оценивается в 100 миллионов солнечных масс (1.1–2.3 ; 108 M. Гаргантюа — сверхмассивная вращающаяся чёрная дыра с аккреционным диском. При этом ученые выяснили, что аппетит дыры стабильно выше так называемого предела Эддингтона – количества материи, которую может поглотить черная дыра. это одно из самых загадочных явлений вселенной. Она представляет собой область космического пространства с крайне высокой плотностью и силой притяжения, из которой ничто, включая свет, не может выбраться.
Тайны черных дыр: 6 занимательных вопросов астрофизикам
На самом деле это не настоящие изображения с телескопов, а модели или художественные концепты. С помощью специальных телескопов фиксировали рентгеновское излучение, которое создавало падающее в черные дыры вещество, и получали не такие красивые изображения , но зато находили места, где черные дыры есть. Еще один метод — долгое время наблюдать за поведением звезд в определенном регионе и сделать вывод, что там находится еще один объект, который не видно. И по движению этих звезд получалось, что в центре галактики есть черная дыра массой 3 миллиона масс Солнца». Чтобы сделать этот снимок черной дыры, астрономы вели наблюдение в течение 10 дней в апреле 2017 года, потом еще два года обрабатывали полученные данные, которые хранились на специальных жестких дисках. Поскольку телескопы создавали огромное количество данных — примерно по 350 терабайт в день, — информацию нельзя было передать по интернету, поэтому ученые хранили их на десятках жестких дисков. И это снимок с невероятным масштабом Галактика M87.
Но они уже настолько велики, что не дадут вам согнуться — снова вытянут вертикально вдоль радиального по отношению к черной дыре направления. Что бы вы ни предпринимали, ничто не поможет.
И если движение по спирали будет продолжаться, ваше тело не выдержит — его разорвет на части. Итак, достичь окрестности горизонта нет никакой надежды... Разбитый, преодолевая чудовищную боль, вы прекращаете свой спуск и переводите аппарат сначала на круговую орбиту, а затем начинаете осторожно и медленно двигаться по расширяющейся спирали, переходя на круговые орбиты все большего размера, пока не доберетесь до звездолета. В изнеможении добравшись до капитанской рубки, вы изливаете свои беды бортовому компьютеру. Вам рассказывали о растяжении в направлении от головы к ногам в процессе подготовки к полету. Это ведь те же самые силы, что вызывают океанские приливы на Земле». Но почему же робот R3D3 оказался столь стойким к действию приливных сил? Вы догадываетесь, что это произошло по двум причинам: он был изготовлен из сверхпрочного титанового сплава и имел размеры, значительно меньшие, чем ваши.
Его высота, помнится, равнялась 10 см и, стало быть, приливная сила, действующая на него, была, соответственно, гораздо слабее. Но затем вы приходите к неутешительному выводу: даже проткнув горизонт, R3D3 должен был продолжать падать в область со все возрастающими приливными силами. Вы вспоминаете, что еще в 1965 г. Пенроуз использовал законы ОТО Эйнштейна для доказательства того, что такая сингулярность «проживает» внутри любой черной дыры, а в 1969 г. Лившицем, И. Халатниковым и В. Это были «золотые годы» теоретических исследований черных дыр. Но одна ключевая особенность их поведения ускользнула тогда от физиков, они лишь догадывались о ней.
И только гораздо позже, в 2013 г. Чтобы изучить сингулярность, наблюдатель не только вынужден погибнуть — ему даже не удастся накопленный столь дорогой ценой опыт передать обратно, во внешнюю часть Вселенной. Не желая платить столь высокую цену за личное знакомство с сингулярностью, вы решаете ограничиться исследованием окрестностей черных дыр. К счастью, вы припоминаете что большое разнообразие явлений может наблюдаться и снаружи от черной дыры, в непосредственной близости от ее горизонта. Вы решаете изучить эти явления в первую очередь и сообщить о результатах своих исследований на Землю, во Всемирное географическое общество. Черная дыра Гадес обладает слишком большими приливными силами, которые не позволяют приблизиться к ее горизонту, но, согласно законам Эйнштейна, величина приливных сил вблизи горизонта обратно пропорциональна квадрату массы черной дыры. Для черной дыры с массой в 100 тыс. Иными словами, такая дыра должна быть весьма «комфортабельной» — никаких болевых ощущений.
Достижим ли горизонт? Итак, вы начинаете строить планы следующего этапа путешествия: визит к ближайшей черной дыре с массой 100 тыс. Mслн из атласа черных дыр Уиткомба,— к черной дыре, расположенной в центре нашей Галактики — Млечного Пути. Ваш план полета предполагает создание такой тяги ракетных двигателей, которая обеспечивала бы ускорение всего в 1 g, так что вы и ваша команда будете ощущать внутри звездолета силу притяжения, равную земной. Вы разгонитесь по направлению к центру Галактики в течение половины пути, а вторую половину будете замедлять движение с отрицательным ускорением —1 g. Все путешествие длиной 30100 св. Вы предупреждаете Всемирное географическое общество, что следующее сообщение от вас прийдет из окрестностей галактического центра, после того как вы исследуете находящуюся там черную дыру с массой в 100 тыс. Члены общества должны пребывать в анабиозе около 60211 лет, если они хотят дождаться повторного сообщения 30103 года, пока вы доберетесь до центра Галактики, и 30108 лет, пока сообщение достигнет Земли.
К сожалению, это так. Гораздо приятнее Вселенная в фантастических фильмах, где звездолеты переносят путешественников через галактики за времена, непродолжительные с любой точки зрения. Действительно, в 60-е годы XX в. Но более пристальное изучение физических законов привело к заключению, что ни одно из таких путешествий не реализуемо. Самое большее, на что вы можете рассчитывать,— это путешествовать сравнительно недолго по своим часам, но чрезвычайно долго с точки зрения землян. Через 20 лет 7 месяцев ваш звездолет тормозит в центральной части Млечного Пути. Именно здесь, как подтверждают ваши датчики, находится чудовищная черная дыра, всасывающая под свой горизонт смесь газа и звездной пыли. Вы переводите звездолет на тщательно выбранную круговую орбиту над горизонтом черной дыры.
Измеряя длину и период своей орбиты и подставляя результаты в формулы Ньютона — Кеплера, вы определяете массу черной дыры. Mслн в точном соответствии с характеристиками, приведенными в атласе черных дыр Уиткомба. Основываясь на безвихревом характере падения газа и пыли, вы заключаете, что у дыры отсутствует заметный момент количества движения. Это подсказывает вам, что ее горизонт имеет форму сферы с длиной большой окружности 1 млн 850 тыс. Детально изучив с помощью приборов падение газа в дыру, вы готовитесь к спуску в окрестности ее горизонта: организуете лазерную связь между спускаемыми аппаратами и компьютером звездолета, после чего выводите спускаемый аппарат из отсека звездолета и постепенно замедляете его, переводя на спиральную орбиту, приближающуюся к горизонту. Все происходит в соответствии с вашими ожиданиями, до тех пор пока вы не достигли орбиты длиной 5 млн 500 тыс. Здесь возникают пугающие перемены! Плавное управление двигателями вместо плавного изменения вашей орбиты приводит к губительному падению по направлению к горизонту.
В панике вы разворачиваете аппарат и, резко форсируя двигатели, вновь поднимаетесь на орбиту длиной больше 5 млн 500 тыс. Но этот закон нарушается вблизи горизонта черной дыры и должен быть заменен законами ОТО Эйнштейна. А законы Эйнштейна предсказывают внезапное изменение круговых орбит там, где вы это испытали,— на орбите, длина которой втрое больше длины горизонта. Ниже все орбиты неустойчивы, как карандаш, поставленный на острие. Ничтожный импульс, переданный падающим газом или вызванный неправильным направлением тяги ракетных двигателей, приведет к падению спускаемого аппарата к горизонту; аналогично, такой же импульс, направленный не к дыре, а от нее, приведет к временному нырку назад, к орбите длиной, втрое превышающей длину горизонта, а затем — снова к стремительному падению к горизонту. Любой другой путь невозможен, пока вы не добьетесь тщательнейшей коррекции на случай таких нырков, детально проработав программу управления ракетными двигателями спускаемого аппарата. Вам, человеку, вручную немыслимо столь аккуратно управлять двигателями, но это могу проделать я. Если хотите, я сохраню устойчивость орбиты спускаемого аппарата с помощью коррекции тяги, в то время как вы будете управлять спуском, меняя режим двигателей более грубо».
Тем не менее вы принимаете предложение бортового компьютера, который затем объясняет, что неустойчивость — вовсе не единственная особенность вашей орбиты, появляющаяся при длине, втрое превышающей длину горизонта. Возникает также необходимость изменить направление тяги ваших ракетных двигателей. До сих пор, желая приблизиться по спирали к горизонту, вы были вынуждены, включая двигатели, разворачивать аппарат носом назад. Теперь, внутри сферы с длиной большой окружности, втрое превышающей длину горизонта, вы сможете приближаться к горизонту, лишь если при включении двигателей развернете аппарат носом вперед. Последовательно уменьшающиеся орбиты будут требовать все больших моментов количества движения и больших значений орбитальной скорости. Итак, с помощью компьютера вы по спирали приближаетесь к горизонту, переходя от орбиты с длиной, превышающей длину горизонта в 3 раза, к орбите, длиннее горизонта в 2,5 раза, затем вv2; 1,6; 1,55; 1,51; 1,505; 1,501 раза... О, разочарование! По мере того как ваша скорость приближается к скорости света, длина вашей орбиты приближается к величине, в 1,5 раза превышающей длину горизонта.
Добраться до самого горизонта этим методом нет никаких надежд. Снова вы обращаетесь за помощью к компьютеру и снова он утешает вас, объясняя, что внутри сферы с длиной большой окружности, превышающей длину горизонта в 1,5 раза, вообще не может быть круговой орбиты. Силы притяжения там настолько сильны, что не могут компенсироваться центростремительными силами, даже если скорость движения по орбите равна скорости света. Если вы хотите еще приблизиться к горизонту, вы вынуждены компенсировать силу притяжения силой тяги ваших ракетных двигателей. Получив это предостережении вы советуетесь с компьютером, как реализовать подобную компенсацию. Объясняете, что хотели бы приблизиться к горизонту настолько, чтобы длина вашей орбиты составляла 1,0001 длины горизонта, где рассчитываете исследовать большинство эффектов, связанных с его влиянием, и откуда вы еще в состоянии выбраться. Но если вы удержите свой аппарат с помощью ракетных двигателей на такой орбите, какие ускоряющие силы вы будете ощущать? Глубоко обескураженный, вы включаете тягу и по спирали возвращаетесь обратно в чрево звездолета.
После продолжительного отдыха, пятичасовых расчетов с использованием формул ОТО для черных дыр и трехчасового изучения атласа черных дыр Уиткомба вы, наконец, составляете план следующего этапа путешествия. Затем передаете во Всемирное географическое общество оптимистически полагая, что оно все еще существует отчет о своем исследовании черной дыры с массой 100 тыс. Mслн, а в конце излагаете ваш план. Расчеты показывают, что чем больше черная дыра, тем меньшая сила тяги ракетных двигателей необходима, чтобы удержать вас на орбите длиной 1,0001 длины горизонта. Ближайшая такая дыра под названием Гаргантюа находится далеко за пределами области размерами в 100 тыс. Черная дыра находится возле квазара 8C 2975, отстоящего на 1,2 млрд св. Вы решаете отправиться к ней. Используя укоренив 1 g на первой половине пути и такое же замедление на второй половине, вы затратите на путешествие 1,2 млрд лет по земным часам, но всего лишь 39 лет и 11 месяцев — по вашим.
Если члены Всемирного географического общества не желают рисковать и на 2,4 млрд лет погрузиться в анабиоз, они будут вынуждены отказаться от приема вашего следующего сообщения. Гаргантюа И вот через 39 лет и 11 месяцев ваш звездолет тормозит в окрестностях Гаргантюа. Над головой вы видите квазар 8C 2975 с двумя ослепительными голубыми струями, выбрасываемыми из его центра, а под вами простирается черная бездна Гаргантюа. Из этих данных вы определяете длину ее горизонта — около 16 св. Вот, наконец, та черная дыра, чью окрестность вы можете исследовать без невыносимых приливных сил или немыслимого ускорения ракетных двигателей! Перед тем, как начать свой спуск к горизонту, вы тщательно фотографируете гигантский квазар над вами и триллионы звезд, вращающихся вокруг Гаргантюа, а также миллиарды галактик, разбросанных по небу. Особенно тщательно вы фотографируете черный диск Гаргантюа под вами, размеры которого близки к размерам Солнца, наблюдаемого с Земли. На первый взгляд кажется, что этот диск полностью закрывает собой свет звезд и галактик, расположенных за ним.
Однако, присмотревшись, вы замечаете, что гравитационное поле черной дыры действует подобно линзе, отклоняя световые лучи вдоль края горизонта и фокусируя их в тонкое яркое кольцо на окружности темного диска. Там, в этом кольце вы видите несколько изображений каждой из загороженных диском звезд: одно, образованное лучами, отклоненными к левому краю диска; другое — лучами, отклоненными к правому краю; третье — лучами, совершившими полный оборот вокруг дыры и затем вышедшими в направлении на вас; четвертое — лучами, совершившими два оборота вокруг дыры... В результате возникает весьма сложная кольцевая структура, которую вы фотографируете во всех деталях для подробного изучения в будущем.
Так произошло, когда возникли цианобактерии, выделявшие кислород, который в те времена был настоящим ядом для большинства видов. Сейчас вполне может развиться похожий микроорганизм, который, например, будет выделять в атмосферу азот. Есть и другой возможный сценарий: появление нового заболевания, которое поражает те основные разновидности растений, от которых мы зависим больше всего. Биологи не исключают такую возможность, хотя и находят ее крайне маловероятной. Показанная в фильме ситуация с пыльными бурями для США не в новинку. В тридцатые в прериях США и Канады разразилась серия катастрофических пыльных бурь. Их, наоборот, надо увеличивать, чтобы биологи вывели новые растительные культуры, обладающие иммунитетом к вирусу, изобрели прививку, противоядие или другой способ борьбы с напастью. Ведь именно так сейчас мы боремся с любой болезнью, имеющей даже малейший шанс вызвать пандемию. Помимо прочего, это же гигантский бизнес, где можно заработать огромные деньги. Куда выгоднее, чем выращивать кукурузу в Канзасе. Возможно, такие попытки были, но потерпели неудачу. Даже сейчас есть болезни, вакцины от которых до сих пор не нашли, хотя разработки ведутся уже лет тридцать. Допустим, поначалу государства действительно тратили на поиски лекарства сотни миллионов, но затем поступления в казну прекратились, бюджеты иссякли, и финансирование пришлось отменить. Кислород в атмосфере в основном появляется благодаря фотосинтезу растений. Если новый патоген повлияет именно на этот процесс, кислород перестанет быть возобновляемым ресурсом. Теперь посмотрим, как образуется углекислый газ: либо в процессе дыхания всех живых существ, либо в результате гниения органики, либо в виде промышленных выбросов предприятий и выхлопов автомобилей. Даже если после голода и экономического кризиса сократится население и уменьшатся выбросы в атмосферу, погибающая растительность будет гнить на полях. По некоторым оценкам, в процессе гниения будет поглощено около процента от оставшихся запасов кислорода. На его место придет угарный газ, который затруднит дыхание чувствительным людям и поднимет температуру воздуха градусов на десять. Не смертельно, конечно, но приятного мало. Впрочем, надо признать, что подобный вариант развития событий маловероятен. Он используется в фильме не как предсказание будущего, а как сюжетный поворот, призванный заставить персонажей отправиться в космос. Червоточина и «Эндюранс» Воспользовавшись удачно подвернувшейся кротовой норой, NASA снаряжает межзвездную экспедицию на корабле «Эндюранс» в поисках нового дома для человечества. Хорошо, что возле Сатурна есть нора! Ведь в мире Купера путешествия со скоростью света невозможны, и к звёздам пришлось бы лететь тысячи лет. Неужели физики зарегистрировали хотя бы одну? Нет, но наука допускает их существование или, по крайней мере, не отрицает его. А что не запрещено… В последнее время не без участия мистера Торна в космологии набирает популярность идея, что пространство — это не бескрайняя пустота, а своего рода материал, который поддается изменению, были бы нужные инструменты. Но для поддержания норы в рабочем состоянии требуются немалые количества отрицательной или экзотической материи. Да и для открытия норы требуется источник огромной гравитации типа Гаргантюа, а появление подобного в Солнечной системе погрузило бы ее в хаос. И даже если бы кротовая нора появилась — например, из-за влияния Гаргантюа — то была бы дорогой с односторонним движением. Для обратного путешествия потребовался бы аналогичный источник гравитации с другой стороны. Да, само появление норы — это необходимая вольность. В фильме герои предполагали, что кротовая нора была создана существами, живущими в пятимерном пространстве, чтобы указать нам путь к спасению. Наука признаёт сам факт существования кротовых нор. NASA разогнали за десять лет до начала фильма. То есть на протяжении сорока лет никто ничего не знал о появлении гравитационной аномалии в пределах Солнечной системы? Да толпы приверженцев теории струн выстроились бы очередями в Нобелевский комитет. Это же новость века! С тех пор прошло полвека, о какой-то норе в космосе все успели забыть — проблем-то хватало. Помнит о ней только один сумасшедший дед, который живет под землей, косит под Кипа Торна и собирает космические корабли на коленке.
Планета, вращающаяся вокруг черной дыры, подобно Миллеру из научно-фантастического фильма режиссера Кристофера Нолана «Интерстеллар», может поддерживать жизнь. По крайней мере, это не противоречит второму началу термодинамики. Материалы по теме: 18 ноября 2014 Оно определяет направление физических процессов. В частности, как показал немецкий физик Рудольф Клаузиус, делает невозможной самопроизвольную передачу то есть без совершения работы тепла от более холодного тела более горячему или, что по сути то же самое, уменьшение энтропии меры беспорядка изолированной системы. Согласно второму закону термодинамики, для поддержания жизни необходима разность температур, которая обеспечит источник полезной энергии. Жизнь на Земле также требует такого источника, роль которого играет разница температур между горячим Солнцем и холодным безвоздушным пространством. В своей статье чешские физики задались вопросом, что будет, если источником энергии послужит разница температур между холодной черной дырой и реликтовым излучением. Несмотря на свое название черные дыры приводят к образованию одних из самых ярких и горячих объектов во Вселенной. Изображение: arxiv. Это приводит к мощному излучению, которое могут регистрировать обсерватории.
Почему первое изображение черной дыры не похоже на то, что было в "Интерстеллар"
огромной чёрной дырой. это, пожалуй, самые загадочные объекты во Вселенной. Иногда звезда обращается вокруг чёрной дыры на таком расстоянии, где приливные силы не так сильны, чтобы полностью разорвать звезду, но они всё равно стягивают с неё газ и материал.
Новая ночная схема Москвы, версия Гаргантюа (4.1)
Фото: Ton 618 черная дыра. 3. Черные дыры и сингулярности. В научно-фантастической литературе и фильмах черная дыра обычно представляется этаким космическим Гаргантюа, безжалостно пожирающим пролетающие корабли с отважными блондинками и даже целые планеты. Черная дыра Гаргантюа, частично скрытая планетой Миллер; на переднем плане — модуль «Рейнджер», идущий на снижение. Да, вокруг сверхмассивной черной дыры по имени Гаргантюа обращается диск — это останки разорванных приливными силами звезд и планет, захваченных полем тяжести космического монстра. Кадр из фильма «Интерстеллар» (2014 г.) – черная дыра Гаргантюа Черные дыры поглощают космические объекты и излучают колоссальное количество энергии.
Астрофизики впервые показали изображение черной дыры
Новости» Новости» Технологий " Изображение Межзвездной Черной дыры Гаргантюа оказалось не слишком Далеко от Реальности. 3-МИНУТНОЕ ЧТЕНИЕ. Узнайте о влиянии черной дыры Гаргантюа на время и пространство и как это можно соотнести с нашим миром. Владелец сайта предпочёл скрыть описание страницы.
Почему первое изображение черной дыры не похоже на то, что было в "Интерстеллар"
Вместо того чтобы следить за движением отдельных лучей, используя эйнштейновские уравнения, мы начали отслеживать пути и искажение в формах целых пучков лучей. Как объясняют ученые, вращение черной дыры будет порождать сложные гравитационные возмущения, которые будут особым образом искривлять свет, попадающий в ближайшие окрестности черной дыры. В некоторых точках, которые физики называют каустиками, свет будет сосредотачиваться, образуя своеобразное отражение звезды или любого другого объекта.
После первого наблюдения вспышки XRT продолжал наблюдать галактику и зафиксировал ещё девять дополнительных вспышек, которые происходили каждые несколько недель. Учёные считают, что Swift J0230 — хороший кандидат на повторяющееся событие разрушения приливами, в котором звезда, аналогичная нашему Солнцу, многократно подвергается воздействию чёрной дыры с массой почти в 200 000 раз больше массы Солнца. Команда исследователей оценивает, что звезда теряет около трёх масс Земли газа и материала каждый раз, когда она приближается к чёрной дыре.
Когда XRT наблюдает определённую часть неба, то данные, собранные прибором, сразу же отправляются на Землю. Когда данные достигают сервера, программа автоматически сравнивает их с предыдущими наблюдениями XRT этой же части неба.
Вдали от черной дыры они настолько холодные, что излучают лишь радиоволны. Но ближе к дыре, там, где атомы падают быстрее, они время от времени сталкиваются между собой, нагреваются до нескольких тысяч градусов и начинают излучать свет. Еще ближе к черной дыре, двигаясь гораздо быстрее, они разогреваются за счет столкновений до нескольких миллионов градусов и испускают рентгеновское излучение. Наблюдая это излучение, приходящее из окрестностей черной дыры, вы вспоминаете, как искали черные дыры с Земли: советские астрофизики Я. Зельдович и И. Новиков в 60-х годах предсказали, что, падая на черную дыру, газ будет испускать мощное рентгеновское излучение. В 1972 г. Джиаккони зарегистрировал рентгеновское излучение, приходящее от объекта Лебедь X-1, подтвердив тем самым предсказание Зельдовича и Новикова и классифицировав этот объект как черную дыру, находящуюся на расстоянии 14 тыс.
Направляя свои телескопы «внутрь» и продолжая приближаться к черной дыре, вы «увидите» гамма-лучи, испускаемые атомами водорода, нагретыми до еще более высоких температур. И наконец, в самом центре вы обнаружите темный диск самой черной дыры. Следующий ваш шаг — тщательно измерить длину орбиты корабля. Это приблизительно 1 млн км, или половина длины орбиты Луны вокруг Земли. Затем вы смотрите на далекие звезды и видите, что они перемещаются, подобно вам. Наблюдая за их видимым движением, вы выясняете, что вам необходимо 5 мин 46 с, чтобы совершить один оборот вокруг черной дыры. Это и есть ваш «орбитальный период». Зная период обращения и длину своей орбиты, вы можете рассчитать массу черной дыры. При этом вы пользуетесь тем же методом, что и Исаак Ньютон, вычисливший в 1685 г. Применяя эти физические законы к вашей собственной орбите, вы получаете, что масса черной дыры Гадес в 10 раз больше солнечной 10 Mслн.
Это, no-существу, полная суммарная масса, скопившаяся в черной дыре за всю ее историю и включающая массу звезды, в результате коллапса которой около 2 млрд лет назад образовалась черная дыра, массу всего межзвездного водорода, втянутого в нее с момента ее рождения, а также массу всех астероидов и заблудившихся звездолетов, упавших на нее. Отправляясь в путешествие, вы детально изучили свойства черных дыр. Как доказали в 70-е годы английский и канадские астрофизики С. Хокинг, В. Израэл и Б. Картер, использовавшие представления общей теории относительности ОТО Эйнштейна, черная дыра — это удивительно простой объект. Все его свойства — сила гравитационного притяжения, отклоняющая световое излучение звезд, а также форма и размер ее поверхности—определяются лишь двумя числами: массой дыры которую вы уже знаете и моментом количества движения. Этот момент — мера того, как быстро дыра вращается вокруг собственной оси. Вращаясь, она создает в пространстве вокруг себя некий вихрь, закручивающий все, что попадает внутрь дыры. Падая, некоторые водородные атомы межзвездной среды кружатся по часовой стрелке, а другие — в противоположном направлении.
В результате они могут сталкиваться между собой, но в среднем падают в дыру отвесно «вертикально» , то есть в радиальном направлении, не вращаясь. И вы приходите к выводу, что эта черная дыра с массой 10 Mслн едва ли вращается вообще — ее момент количества движения близок к нулю. Зная массу и момент количества движения, можно теперь, пользуясь формулами ОТО, рассчитать все свойства, которыми должна обладать черная дыра. Наиболее интересны свойства ее поверхности, или горизонта — границы, из-за которой все, что падает в дыру, уже не может вернуться; границы, из-за которой не выбраться звездолету и даже любому виду излучения: радиоволнам, свету, рентгеновским или гамма-лучам. Поскольку эта дыра не вращается, ее горизонт имеет форму сферы, длина большой окружности которой при массе 10 Mслн составляет 185 км, что равно, например, периметру Лос-Анджелеса. Эта величина ничтожна по сравнению с длиной вашей орбиты 1 млн км. И тем не менее в столь крошечный объем втиснута масса вдесятеро больше солнечной! Но насколько позволяют судить ваши наблюдения, она сотворена из вакуума — пустоты. Снаружи от горизонта вещества нет вовсе, если не считать атомов водорода, падающих в дыру из межзвездного пространства, и вашего корабля. И так как они никогда больше не появятся и не передадут никакой информации наружу, вы можете полагать в своих дальнейших расчетах, что они полностью исчезли из нашей Вселенной.
Единственное, что после них осталось,— сильное гравитационное притяжение, которое влияет на вашу орбиту так же, как и до коллапса, и которое на сфере с экватором длиной 185 км становится столь огромным, что преодолевает любое сопротивление и, тем самым, создает горизонт. Однако вас уже предупредили, что не следует доверять подобным вычислениям по двум причинам. Во-первых, чудовищное гравитационное поле черной дыры полностью искажает геометрию пространства возле нее: у горизонта диаметр круга может быть гораздо больше, чем отношение длины окружности к числу я. Во-вторых, понятие диаметра имеет смысл лишь тогда, когда вы его можете измерить. Но чтобы измерить диаметр горизонта черной дыры, вам придется проникнуть внутрь него, а очутившись там, вы никогда не сможете вернуться в нашу Вселенную. Вам не удастся даже передать результаты своих измерений на Землю — сигналы не выйдут за горизонт из-за неумолимого тяготения. Но тут же вы вспоминаете, что, хотя снаружи черная дыра чрезвычайно проста, о ее внутренности этого сказать нельзя. Хотя по массе и моменту количества движения черной дыры вы в состоянии вычислить все ее свойства снаружи, вы не можете ничего узнать о ее внутренности. Она может иметь неупорядоченную структуру и быть сильно несимметричной. Все это будет зависеть от деталей коллапса, в результате которого образовалась черная дыра, а также от особенностей последующего втягивания межзвездного водорода.
Так что диаметр дыры просто нельзя рассчитать на основе той убогой информации, которая имеется в вашем распоряжении. Получив эти результаты, вы можете исследовать окрестности горизонта черной дыры. Не желая рисковать человеческой жизнью, вы отправляете десятисантиметровый робот по имени R3D3 со встроенным передатчиком, который должен передать результаты своих исследований на корабль. Робот получает довольно простое задание: с помощью ракетного двигателя он должен сойти с круговой орбиты вашего звездолета и начать падать к черной дыре. Падая, R3D3 будет передавать на корабль информацию о состоянии своих электронных систем и о пройденном расстоянии. Для этого может быть использован ярко-зеленый луч лазера. Вы рассчитываете принять лазерный сигнал, расшифровать его для определения состояния аппаратуры и пройденного расстояния, а также измерить цвет длину волны излучения. Вы знаете, что, хотя лазер все время испускает зеленый луч, вы будете видеть его все более красным по мере приближения робота к горизонту черной дыры. Отчасти излучение «покраснеет» за счет того, что ему придется затратить энергию на преодоление сильного гравитационного поля черной дыры, и отчасти — из-за доплеровского смещения, связанного с удалением источника излучения от вас. Измеряя «покраснение» лазерного излучения, вы сможете рассчитать скорость падения робота.
Итак, эксперимент начинается. R3D3 сходит с круговой орбиты и падает по радиальной траектории. Как только он начинает падать, вы пускаете часы, по которым фиксируется время прихода лазерных импульсов. По истечении 10 с вы получаете от него сообщение, что все системы функционируют нормально и он уже опустился на 2600 км. Здесь и далее прим. Теперь вы должны быть предельно внимательны. Следующие несколько секунд окажутся решающими, поэтому вы включаете высокоскоростную регистрирующую систему для детальной записи всех приходящих сведений. Через 61 с R3D3 сообщает, что все системы пока функционируют нормально, горизонт — на расстоянии 8000 км и приближается со скоростью 15 тыс. Проходит 61,6 с. Еще все в порядке, до горизонта осталось 2000 км, скорость — 30 тыс.
А затем, в течение следующей 0,1 с вы с изумлением замечаете, что излучение из зеленого становится красным, инфракрасным, микроволновым, затем приходят радиоволны и наконец все исчезает. Через 61,7 с все кончено — лазерный луч пропал. R3D3 достиг скорости света и исчез за горизонтом. По мере того как возбуждение спадает и вы подавляете налет сожаления по поводу участи робота, ваше внимание вновь обращается к записанным данным. В них зафиксированы подробности изменения окраски лазерного излучения. Вы знаете, что свет представляет собой колебания электромагнитного поля и что каждый цвет характеризуется своей собственной длиной волны. Там, в записях — история этого удлинения. Из них следует, что пока R3D3 падал, длина волны принимаемого вами излучения сначала менялась очень медленно, а затем все быстрее и быстрее. Следует предположить, однако, что длина волны продолжала все так же удваиваться и после этого, так что после огромного числа удвоений длина волны стала бесконечной и возле горизонта все еще испускались чрезвычайно слабые и длинноволновые сигналы. Означает ли это, что R3D3 так и не пересек горизонт и никогда не сможет сделать этого?
Вовсе нет. Эти последние сигналы с многократно удваивавшейся длиной волны будут бесконечно долго «выбираться» из «тисков» гравитационного поля черной дыры. Но слабые сигналы от него будут продолжать приходить, поскольку время их пребывания в пути оказалось бесконечно велико. Они — следы далекого прошлого. Подчеркнем, что реализовать такую систему отсчета на самом горизонте и внутри него невозможно. Поэтому никаких нарушений принципа причинности, конечно, не происходит. После многочасового изучения данных, полученных от робота, и продолжительного сна, необходимого для восстановления сил, вы приступаете к следующему этапу исследований. На этот раз вы решаете самостоятельно обследовать окрестности горизонта событий, правда, рассчитываете сделать это с большей предосторожностью, чем ваш посланник: вместо свободного падения к горизонту, вы собираетесь снижаться постепенно. Попрощавшись с командой, вы влезаете в спускаемый аппарат и покидаете корабль, оставаясь сначала на той же круговой орбите. Затем, включая ракетный двигатель, слегка тормозите, чтобы замедлить свое орбитальное движение.
При этом вы начинаете по спирали приближаться к горизонту, переходя с одной круговой орбиты на другую. Ваша цель — выйти на круговую орбиту с периметром, слегка превышающим длину горизонта. Поскольку вы движетесь по спирали, длина вашей орбиты постепенно сокращается: от 1 млн км до 500 тыс. Находясь в состоянии невесомости, вы подвешены в своем аппарате, предположим, ногами — к черной дыре, а головой — к орбите вашего корабля и звездам.
На съёмочной площадке Кип Торн сам писал на доске, принадлежащей героям, чтобы надписи были осмысленными Жизнь на орбите чёрной дыры Пройдя через кротовую нору, Купер и остальные попадают в конечную точку своего путешествия — планетную систему возле огромной черной дыры Гаргантюа. Это небесное тело — предмет особой гордости как Кипа Торна, так и мастеров по спецэффектам. При изображении дыры использовались вычисления, сделанные Торном специально для фильма. Получившийся результат ошарашил самого Кипа. Он догадывался, как должны в реальности выглядеть черные дыры, но компьютерная анимация превзошла все его ожидания.
Откуда планеты Миллер, Эдмундса и Манна черпают тепло и свет? Из аккреционного диска. Притяжение Гаргантюа так велико, что способно захватить целую звезду. Когда звезда движется прямо на черную дыру, ее судьба плачевна и предсказуема. Если же её орбита пролегает рядом с Гаргантюа, то притяжение черной дыры попросту разрывает небесное тело на части, а большая часть материи, ранее составлявшей тело звезды, попадает на орбиту Гаргантюа и формирует аккреционный диск. Он излучает свет, тепло и радиацию, так что вполне может заменить солнце. Как же экипаж «Эндюранс» не поджарился, просто пролетая мимо? Возможно, с момента, когда последняя звезда попала в гравитационные тиски Гаргантюа, прошло несколько миллионов лет. Тогда газ, составляющий диск, остыл до температуры в несколько тысяч градусов и уже не излучает такой сильной радиации, хотя продолжает давать достаточно света и тепла.
Низкой температурой объясняется и блеклость диска. Гаргантюа — самая достоверная чёрная дыра в истории кино. Но даже она отличается от реальной. Разве их не должно было засосать внутрь дыры? На самом деле наука допускает существование возле гигантских черных дыр зон обычного времени и пространства, даже целых планетных систем, которые вращаются вокруг центральной сингулярности по сложным, но замкнутым орбитам. Он должен быть несколько сплющенным и несимметричным. Кроме того, модель не учитывает эффект Допплера: один край диска должен отливать красным, другой — синим. Да, тут Кристофер Нолан специально пошел против истины, чтобы не смущать зрителей. А еще он специально занизил скорость вращения черной дыры.
Кроме того, учитывая расстояние от черной дыры до планеты Миллер, Гаргантюа должна занимать половину небосвода, а планета при таком раскладе находилась бы внутри аккреционного диска, так что он в основном был бы виден только с противоположной дыре стороны планеты. Планеты Миллер и Манна Первым делом астронавты отправляются на планету Миллер. Время там идёт замедленно — один час на ее поверхности равен семи земным годам. Но нужно находиться совсем рядом с дырой, практически над ее поверхностью. А стабильная орбита вокруг черной дыры должна превышать диаметр Гаргантюа как минимум трижды. Иначе планету Миллер давно бы засосало внутрь. С учетом показанных в фильме кадров время на поверхности планеты должно течь медленнее, чем на Земле, всего процентов на двадцать. Это верно в отношении невращающихся черных дыр, но с Гаргантюа все обстоит по-другому. Гаргантюа — сверхмассивная вращающаяся черная дыра, что несколько меняет ее воздействие на окружающее пространство.
При определенных условиях, скажем, если она будет вращаться очень быстро, а планета Миллер — располагаться достаточно близко к циркулярной орбите Гаргантюа, такое замедление времени возможно. Правда, у вращающихся черных дыр есть предел скорости вращения, причем максимума они, как правило, не достигают. Чтобы на планете Миллер было такое замедление времени, Гаргантюа должна вращаться лишь чуточку меньше максимума. Это реально, хотя и маловероятно. На планету Миллер должны регулярно падать огромные метеориты. Гаргантюа не всегда сможет поглощать космический мусор, чаще он будет попадать на орбиту и вращаться там. Они возможны, только если разница в гравитационном притяжении черной дыры на разных сторонах планеты очень велика. Но в таком случае планету просто разорвало бы на части! На самом деле нет.
Черная дыра Гаргантюа
это название одной из чёрных дыр в фильме "Интерстеллар", то есть это не физический термин, а, тысызыть, литературный (сценарий фильма - это всё ж литературное произведение. Мда). Да толпы приверженцев теории струн выстроились бы очередями в Нобелевский комитет. Это же новость века! Самое известное изображение черной дыры в поп-культуре — Гаргантюа из «Интерстеллара» Кристофера Нолана. Ее модель помогал делать Кип Торн — астроном, эксперт по черным дырам и лауреат Нобелевской премии за регистрацию гравитационных волн.