Главная / Наука / Що буде, якщо на Землі з’явиться чорна діра розміром в один міліметр

Що буде, якщо на Землі з’явиться чорна діра розміром в один міліметр

З чорними дірами пов’язано популярна омана: вони свого роду космічні пилососи, які поглинають все в своїх околицях. Звичайно, вони «харчуються», але шлунки в них невеликі. Проблема з’являється тоді, не коли вони «їдять», а коли їх «рве» після дуже рясного обіду. Ось що насправді страшно.

Насправді все трохи складніше. Виходячи з того, що радіус чорної діри пропорційний її масі, можна провести деякі розрахунки. Для початку нумо освіжімо в пам’яті деякі основи.

Чорна діра — область простору, в якій гравітація настільки сильна, що навіть світло не може її покинути. Сила гравітації там змушує саму тканину простору-часу викривлятися і замикатися на собі. Все це відбувається з-за стиснення речовини — найчастіше, це залишки масивної зірки — в межах екстремально малого регіону.

По суті, ми не можемо бачити чорні діри через те, що з них не може вибратися світло. Виходить, щоб залишити чорну діру, який-небудь об’єкт повинен розвинути швидкість вище швидкості світла, яке, у свою чергу, рухається на швидкості 299 792 458 метрів в секунду. Для порівняння: швидкість «бігу» для подолання земного тяжіння складає всього 11,2 кілометра в секунду. Однак, якщо б ми запускали ракету з планети, яка важить як Земля, але удвічі меншим діаметром, то швидкість втечі становила 15,8 кілометра в секунду. Навіть якщо об’єкт мав би ту ж масу, швидкість була б вищою через його менший розмір, а значить, більшу щільність.

А якщо ми зменшимо об’єкт ще більше? Якщо ми стиснемо масу Землі в сферу з радіусом в дев’ять міліметрів, швидкість втечі досягне швидкості світла. Якщо стиснути цю масу в ще меншу сферу, то швидкість перевищить швидкість світла. Але оскільки швидкість світла — космічна межа швидкості, цю сферу не зможе покинути вже ніщо.

Радіус, при якому маса має швидкість утікання, рівну швидкості світла, називається радіусом Шварцшільда. Будь-який об’єкт, який менше свого радіусу Шварцшільда, — чорна діра. Іншими словами, будь-який об’єкт зі швидкістю втечі вище швидкості світла — чорна діра. Щоб зробити такий об’єкт з Сонця, його доведеться стиснути до радіуса близько трьох кілометрів.

Чорна діра складається з двох основних частин: сингулярності і горизонту подій. Розмір горизонту подій чорної діри вважається її розміром, оскільки його можна обчислити і виміряти.

Горизонт також вважається «точкою неповернення» в околицях чорної діри. Це не фізична поверхня, а сфера, що оточує сингулярність, яка позначає межу, швидкість тікання з якої дорівнює швидкості світла. Радіус цієї області і є той самий радіус Шварцшільда.

Як тільки речовина виявляється за горизонтом подій, воно починає падати до центру чорної діри. За такої сильної гравітації речовина стискається в точку — неймовірно дрібний обсяг божевільної щільності. Ця точка — сингулярність. Вона мізерно мала і, згідно з сучасними теоретичним моделям, володіє нескінченною щільністю. Цілком можливо, що відомі нам закони фізики порушуються в сингулярності. Вчені активно досліджують це питання, щоб зрозуміти, що відбувається в сингулярностях, а також для розробки повної теорії, що описує події у центрі чорної діри.

Проведемо деякі розрахунки

Подивимося, що ми можемо дізнатися про чорну діру в один міліметр. За розрахунками, така чорна діра з шварцшільдовським радіусом буде мати масу 7 x 10^23 кілограмів — більше, ніж п’ять мас Місяця (за формулою R=2MG/c^2, де R — шварцшільдовський радіус, M — маса об’єкта, G — гравітаційна постійна, а c — швидкість світла).

Відношення Землі до Сонця становить три частини до одного мільйону. Таким чином, якщо б Земля стала чорною дірою, її радіус склав би всього дев’ять міліметрів. Отже, чорна діра в один міліметр мала б масу в 11% від маси Землі. У нас точно б виникли проблеми з 11% додаткової маси на планеті.

Досить навіть того, що загальна гравітація Землі помітно зросла б. Цієї додаткової гравітації вистачило б, щоб змінити орбіту Місяця, в підсумку вона могла б просто полетіти зі своєю нинішньої орбіти і почати рухатися по еліптичній орбіті.

Де ж знаходиться ця уявна чорна діра — на поверхні, в центрі Землі або обертається навколо неї? Припустимо, що вона знаходиться на поверхні планети. Область її гравітаційного впливу склала б приблизно третину земного радіуса — 6371 кілометр.

Вся речовина в безпосередній близькості з цією мікроскопічною чорною дірою одразу відчула б від неї сильну гравітацію, а дірка, в свою чергу, поглинула б все на шляху до центру Землі, якого вона досягла б приблизно за 42 хвилини з моменту появи. Вона пройшла б крізь земне ядро і досягла іншого боку поверхні Землі приблизно за той же час.

Якби чорна дірка виникла на поверхні з відносною швидкістю менш як 12 км/год, вона оберталася б навколо Голубої планети разом зі своєю областю гравітаційного впливу. Простіше кажучи, це знищення земної кори і більшої частини її мантії. А якщо ще простіше — це означає смерть всього живого на поверхні Землі.

Ступінь аккреції і межа Еддінгтона

Велика частина маси Землі навколо чорної діри стане їжею і аккрецирується нею. Однак перш ніж просто впасти в чорну діру, всього цього матеріалу знадобиться втратити свій кутовий момент — саме тому він почне обертатися навколо неї, формуючи аккреційний диск.

Цей матеріал виробляє багато тепла, яке в підсумку буде випромінюватися. Випромінювання володіє тиском, що сповільнить подальшу аккрецію. Обидва цих ефекту збалансують один одного — це називається межею Еддінгтона.

Межа Еддінгтона також накладає жорсткі обмеження на ступінь аккреції чорної діри. Невеликий аккреційний диск, швидше за все, мав би температуру близько шести тисяч Кельвінів — приблизно, як земне ядро або поверхню Сонця.

Між аккреційним диском і масою Землі виникли деякі фрикційні процеси, внаслідок яких мікроскопічна чорна діра влаштувалася б в ядрі планети.

Смерть у чорній дірі

В цілому, щоб така чорна діра поглинула Землю, знадобилося б п’ять мільярдів років. Вона б відчутно збільшила масу Землі. І, безумовно, тут же б створила цілковитий безлад на планеті, яка лише за кілька годин перетворилася б на безлюдний космічний клаптик колапсуючої кори, лави, гарячих газів і всього іншого.

Життя стала б неможливою, а висока маса чорної діри могла б зруйнувати і пояс астероїдів. Це, в свою чергу, могло б призвести до частих зіткнень в Сонячній системі на найближчий мільйон років. Місяць продовжив б обертатися навколо Нової Землі (чорної діри), але по дуже витягнутій еліптичній орбіті.

Чорна діра не відразу б перемістилася в центр Землі, а швидше оберталася б навколо нього деякий час, але в підсумку дісталася б до нього. Щоб зрозуміти, як ця мікроскопічна чорна діра нарощувала б масу, необхідно провести складні обчислення і симуляції.

Все це можна узагальнити словами всесвітньо відомого астрофізика і популяризатора науки Ніла Деграсса Тайсона:

«Найбільш видовищна смерть у Всесвіті — це, звичайно, падіння в чорну діру. Де ще у Всесвіті можна втратити життя через те, що тебе розірвало на атоми?»

 

 
comments powered by HyperComments