Crne rupe izgledaju nam kao nešto udaljeno, o čemu ponekad snimaju filmove ili pišu u knjigama. Rijetko razmišljamo o tome što bi se dogodilo kad bi se na površini našeg planeta pojavila minijaturna crna rupa promjera jednog milimetra. O tome - u našem materijalu.
Postoji crna zabluda povezana s crnim rupama: oni su vrsta svemirskih usisavača koji troše sve u svojoj okolini. Naravno, "hrane se", ali želuci su im mali. Problem se ne pojavljuje kada "jedu", već kada "povraćaju" nakon previše večere. To je stvarno zastrašujuće.
Zapravo je malo složenije. Na temelju činjenice da je polumjer crne rupe proporcionalan njenoj masi, mogu se izvršiti određeni izračuni. Prvo, razmotrimo neke osnove.
Što je crna rupa
Crna rupa je područje prostora u kojem je gravitacija toliko jaka da je čak ni svjetlost ne može napustiti. Snaga gravitacije tamo uzrokuje da se tkanina prostora-vremena savije i zaključa u sebi. Sve se to događa uslijed kompresije materije - najčešće su to ostaci masivne zvijezde - unutar izuzetno malog područja.
Struktura crne rupe: singularnost, horizont događaja i Schwarzschildov polumjer (područje od singularnosti do horizonta događaja).
Zapravo ne možemo vidjeti crne rupe zbog činjenice da svjetlost ne može izaći iz njih. Ispada da svaki predmet treba razviti brzinu veću od brzine svjetlosti koja se zauzvrat kreće brzinom od 299 792 458 metara u sekundi. Za usporedbu, brzina bijega za savladavanje Zemljine gravitacije iznosi samo 11,2 kilometra u sekundi. Međutim, kada bismo lansirali raketu s planeta koji teži koliko i Zemlja, ali upola manjeg promjera, tada bi brzina bijega bila 15,8 kilometara u sekundi. Čak i kada bi objekt imao istu masu, brzina bijega bila bi veća zbog njegove manje veličine, a samim tim i veće gustoće.
Promotivni video:
Što ako još više smanjimo objekt? Ako komprimiramo Zemljinu masu u sferu s polumjerom od devet milimetara, brzina bijega doseže svjetlosnu brzinu. Ako se ova masa utisne u još manju sferu, tada će brzina bijega premašiti brzinu svjetlosti. Ali kako je brzina svjetlosti kozmička granica brzine, ništa ne može napustiti ovu sferu.
Polumjer na kojem masa ima brzinu bijega jednak brzini svjetlosti naziva se Schwarzschildov polumjer. Svaki objekt manji od njegova Schwarzschildu u polumjeru je crna rupa. Drugim riječima, bilo koji objekt sa brzinom bijega većom od brzine svjetlosti crna je rupa. Da bi takav objekt napravio od Sunca, morat će ga se komprimirati u radijusu od oko tri kilometra.
Crna rupa ima dva glavna dijela: singularnost i horizont događaja. Veličina horizonta događaja crne rupe smatra se njenom veličinom jer se može izračunati i izmjeriti.
Horizont se također smatra „točkom bez povratka“u blizini crne rupe. Ovo nije fizička površina, već sfera koja okružuje singularnost koja označava granicu, brzina bijega iz koje je jednaka brzini svjetlosti. Polumjer ovog područja je sam polumjer Schwarzschilda.
Čim je stvar izvan horizonta događaja, ona počinje padati prema središtu crne rupe. S tako jakom gravitacijom, tvar se sažima u točku - nevjerojatno mali volumen lude gustoće. Ova je točka singularnost. Zanemariva je i, prema modernim teorijskim modelima, ima beskonačnu gustoću. Sasvim je moguće da se zakoni fizike koje poznajemo krše u singularnosti. Znanstvenici aktivno istražuju ovo pitanje kako bi razumjeli što se događa u singularnostima, kao i kako bi razvili cjelovitu teoriju koja opisuje što se događa u središtu crne rupe.
Napravimo nekoliko izračuna
Pogledajmo što možemo naučiti o crnoj rupi od jednog milimetra. Prema proračunima, takva crna rupa s Schwarzschildovim polumjerom imat će masu 7 x 10 ^ 23 kilograma - više od pet masa Mjeseca (prema formuli R = 2MG / c ^ 2, gdje je R polumjesec Schwarzschilda, M je masa objekta, G je gravitacijska konstanta, a c je brzina svjetlosti).
Omjer Zemlje i Sunca je tri dijela prema milionu. Dakle, kada bi Zemlja postala crna rupa, njen polumjer bio bi samo devet milimetara. Stoga bi crna rupa od jednog milimetra imala masu od 11% mase Zemlje. Definitivno bismo imali problema s 11% dodatnom masom na planeti.
Dovoljno je čak da bi se ukupna gravitacija Zemlje primjetno povećala. Ta dodatna gravitacija bila bi dovoljna da promijeni Mjesečevu orbitu, tako da bi jednostavno mogla izletjeti iz svoje trenutne orbite i započeti se kretati u eliptičnoj orbiti.
Plameni paraboloid koji predstavlja svemirsko vrijeme izvan horizonta rasta Schwarzschill-ovih događaja crne rupe.
Gdje je ta zamišljena crna rupa - na površini, u središtu Zemlje ili se vrti oko nje? Pretpostavimo da se nalazi na površini planeta. Područje njegovog gravitacijskog utjecaja bilo bi oko trećine polumjera Zemlje - oko 2124 kilometara.
Sva materija u neposrednoj blizini ove mikroskopske crne rupe odmah bi osjetila snažnu gravitaciju iz nje, a rupa bi zauzvrat progutala sve na putu prema središtu Zemlje, do kojeg bi stigla za oko 42 minute od trenutka kada se pojavila. Proputovalo bi kroz Zemljinu jezgru i doseglo drugu stranu Zemljine površine otprilike u isto vrijeme.
Ako bi se na površini pojavila crna rupa s relativnom brzinom manjom od 12 km / h, ona bi se vrtila oko Plavog planeta zajedno s njegovim gravitacijskim područjem. Jednostavno rečeno, to je uništavanje zemljine kore i većine njenog plašta. A ako je još jednostavnije, znači smrt cijelog života na površini Zemlje.
Stopa akcesije i granica Eddingtona
Većina zemljine mase oko crne rupe postat će hrana i ona će se na njoj stvoriti. Prije nego što padne u crnu rupu, sav ovaj materijal morat će izgubiti svoj kutni zamah - zbog čega će se početi okretati oko njega, tvoreći akrecijski disk.
Ovaj materijal proizvodi puno topline, koja će s vremenom zračiti. Zračenje ima pritisak koji će usporiti daljnje izlučivanje. Oba efekta uravnotežuju jedan drugoga - to se zove Eddingtonova granica.
Stvaranje crne rupe u umjetnikovom pogledu
Granica Eddingtona također postavlja tvrdu granicu na stupanj natapanosti crne rupe. Mali diskrecijski disk najvjerojatnije bi imao temperaturu od oko šest tisuća Kelvina - otprilike jednako kao Zemljina jezgra ili površina Sunca.
Došlo bi do nekih procesa trenja između akrecijskog diska i Zemljine mase, što bi rezultiralo mikroskopskom crnom rupom koja se nastanila u jezgri planete.
Smrt u crnoj rupi
Općenito, trebalo bi pet milijardi godina da ova crna rupa proguta Zemlju. Znatno bi povećala masu Zemlje. I, naravno, to bi odmah stvorilo potpuni nered na planeti, koji bi se za samo nekoliko sati pretvorio u nenaseljeni kozmički mrlja urušavajuće se kore, lave, vrućih plinova i svega ostalog.
Život bi postao nemoguć, a velika masa crne rupe mogla bi uništiti asteroidni pojas. To bi zauzvrat moglo dovesti do čestih sudara Sunčevog sustava u sljedećih milijun godina. Mjesec bi se i dalje vrtio oko Nove Zemlje (crna rupa), ali u vrlo izduženoj eliptičnoj orbiti.
Crna rupa ne bi se odmah preselila u središte Zemlje, već bi se neko vrijeme vrtila oko nje, ali na kraju bi do nje došlo. Da bi se razumjelo kako bi ta mikroskopska crna rupa rasla u masi, potrebni su složeni proračuni i simulacije.
Sve se to može sažeti riječima svjetski poznatog astrofizičara i popularizatora znanosti Neila DeGrasse Tysona:
Vladimir Guillen