Новости Дня

© AFP 2019, M. Kornmesser / EUROPEAN SPACE AGENCY / NASAКаково это — свалиться во вращающуюся черную дыру? Наблюдать это невозможно, но рассчитать можно… Вопрос этот чрезвычайно интересный, и наука способна дать на него ответ. Доктор по астрофизике общался со многими людьми, делавшими такие расчеты и спешит рассказать об этом чрезвычайно интересном вопросе. Пока еще ничего не забыл.

Существует множество ужасных способов, посредством которых Вселенная может что-нибудь уничтожить. В космосе, если вы попытаетесь задержать дыхание, ваши легкие взорвутся. А если вы выдохнете весь воздух до последней молекулы, то через пару секунд отключитесь. В некоторых местах Вселенной вы превратитесь в ледышку, когда тепло покинет ваше тело; в других же местах так жарко, что ваши атомы превратятся в плазму. Но задумываясь о том, как Вселенная может избавиться от меня (или от вас), я не могу себе представить более завораживающего зрелища, чем отправиться в черную дыру. Так же думает и ученый Хейно Фальке (Heino Falcke), работающий над проектом Телескоп горизонта событий. Он спрашивает:

Каково это — свалиться во вращающуюся черную дыру? Наблюдать это невозможно, но рассчитать можно… я разговаривал со многими людьми, делавшими такие расчеты, но я старею, и многое начинаю забывать.

Вопрос этот чрезвычайно интересный, и наука способна дать на него ответ. Давайте спросим ее.

© AFP 2019, EUROPEAN SOUTHERN OBSERVATORYПервая фотография черной дыры и ее огненного ореола

А теперь давайте перейдем к самому интересному с точки зрения физики и посмотрим на черную дыру, которая вращается. Своим происхождением черные дыры обязаны системам материи, таким как звезды, которые постоянно вращаются с той или иной скоростью. В нашей Вселенной (и в общей теории относительности) вращательный момент это сохраняемое свойство любой закрытой системы, и избавиться от него нет никакой возможности. Когда совокупность материи сжимается до радиуса, который меньше радиуса горизонта событий, вращательный момент, как и масса, попадает в ловушку и удерживается внутри.

Здесь решение намного сложнее. Эйнштейн выдвинул свою теорию относительности в 1915 году, а Карл Шварцшильд получил решение по невращающейся черной дыре в начале 1916 года, то есть, на пару месяцев позже. Но следующий шаг по реалистичному моделированию этой проблемы — с учетом того, что у черной дыры есть не только масса, но и вращательный момент — был сделан лишь в 1963 году Роем Керром (Roy Kerr), который нашел решение.

Существуют некоторые фундаментальные и важные различия между несколько наивным и простым решением Шварцшильда, и более реалистичным и сложным решением Керра. Вот некоторые удивительные различия:

1. Вместо единого решения вопроса о том, где находится горизонт событий, у вращающейся черной дыры есть два математических решения: внутренний и внешний горизонт событий.

2. За пределами внешнего горизонта событий есть место, известное как эргосфера, где само пространство движется с угловой скоростью, равной скорости света, а попадающие туда частицы получают колоссальное ускорение.

3. Существует максимально допустимое соотношение вращательного момента и массы. Если значение вращательного момента слишком велико, черная дыра излучает эту энергию (через гравитационное излучение) до тех пор, пока соотношение не вернется к норме.

4. И самое поразительное, сингулярность в центре черной дыры это уже не точка, а скорее одномерное кольцо, где радиус кольца определяется массой и вращательным моментом черной дыры.

Зная все это, можем ли мы понять, что происходит, когда мы попадаем внутрь вращающейся черной дыры? Да то же самое, что и при попадании внутрь невращающейся черной дыры, за исключением того, что пространство не ведет себя так, будто оно сваливается в центральную сингулярность. Пространство ведет себя так, будто его тянут по окружности в направлении вращения. Это похоже на водоворот. Чем больше соотношение вращательного движения и массы, тем быстрее происходит вращение.

Это значит, что если мы видим нечто, падающее вовнутрь, мы заметим, как это нечто краснеет и постепенно исчезает, но не только. Оно сдавливается и превращается в кольцо или диск по направлению вращения. Если мы попадем внутрь, нас будет кружить как на взбесившейся карусели, засасывая в центр. А когда мы достигнем сингулярности, она будет в форме кольца. Разные части нашего тела попадут в сингулярность на внутренней эргоповерхности керровой черной дыры в разных пространственных координатах. Приближаясь к сингулярности изнутри горизонта событий, мы постепенно лишимся возможности видеть другие части своего тела.

Самая важная информация, которую надо извлечь из всего этого, состоит в том, что структура самого пространства находится в движении; а горизонт событий определяется как место, где вы, даже имея возможность перемещаться на пределе самой высокой космической скорости, какой является скорость света, и в любом направлении, всегда будете натыкаться на сингулярность.

Визуализации Эндрю Хэмилтона — это лучшие и самые точные в научном плане имитационные модели того, что происходит при попадании в черную дыру. Они настолько противоречат логике и так парадоксальны, что я могу порекомендовать вам лишь одно: смотреть их снова и снова до тех пор, пока вы сами себя не одурачите, думая, что поняли их. Это прекрасное и фантастическое зрелище. И если дух авантюризма в вас настолько силен, что вы решитесь отправиться в черную дыру и попадете внутрь горизонта событий, это будет последнее, что вы увидите!