Mustad augud näivad meile olevat midagi kauget, millest nad mõnikord filme teevad või raamatutesse kirjutavad. Me mõtleme harva sellele, mis juhtuks, kui meie planeedi pinnale ilmuks ühe millimeetri läbimõõduga miniatuurne must auk. Selle kohta - meie materjalis.
Mustade aukudega on seotud populaarne väärarusaam: need on omamoodi kosmosetolmuimejad, mis tarbivad kõike oma ümbruses olevat. Muidugi, nad "toidavad", kuid nende kõhud on väikesed. Probleem ei ilmne siis, kui nad "söövad", vaid kui nad "oksendavad" pärast liiga palju õhtusööki. See on tõesti hirmutav.
See on tegelikult natuke keerulisem. Tuginedes asjaolule, et musta augu raadius on võrdeline selle massiga, saab teha mõned arvutused. Kõigepealt tutvustame mõnda põhitõde.
Mis on must auk
Must auk on ruumi piirkond, kus gravitatsioon on nii tugev, et isegi valgus ei saa sellest lahkuda. Sealne raskusjõud põhjustab selle, et aeg-ajalt kangas paindub ja lukustub enda külge. Kõik see juhtub mateeria kokkusurumise tõttu - enamasti on need massiivse tähe jäänused - äärmiselt väikeses piirkonnas.
Musta augu struktuur: singulaarsus, sündmuse horisont ja Schwarzschildi raadius (piirkond singulaarsusest sündmushorisondini).
Tegelikult ei näe me musti auke seetõttu, et valgus ei pääse neist välja. Selgub, et mustast august väljumiseks peab iga objekt arendama valguse kiirusest suuremat kiirust, mis omakorda liigub kiirusega 299 792 458 meetrit sekundis. Võrdluseks - Maa gravitatsiooni ületamiseks on põgenemiskiirus vaid 11,2 kilomeetrit sekundis. Kui me aga käivitaks raketi planeedilt, mis kaalub sama palju kui Maa, kuid mille läbimõõt on pool, oleks põgenemiskiirus 15,8 kilomeetrit sekundis. Isegi kui objekti mass oleks sama, oleks evakuatsiooni kiirus suurem selle väiksema suuruse ja seetõttu suurema tiheduse tõttu.
Reklaamvideo:
Mis siis, kui me kahandame eset veelgi? Kui me surume Maa mass keraks raadiusega üheksa millimeetrit, jõuab põgenemiskiirus valguse kiiruseni. Kui see mass pigistada veelgi väiksemaks keraks, ületab põgenemiskiirus valguse kiirust. Kuid kuna valguse kiirus on kiiruse kosmiline piir, ei saa miski sellest sfäärist lahkuda.
Raadiust, mille massi põgenemiskiirus on võrdne valguse kiirusega, nimetatakse Schwarzschildi raadiuseks. Iga Schwarzschildi raadiusest väiksem objekt on must auk. Teisisõnu, iga objekt, mille evakuatsioonikiirus on suurem kui valguse kiirus, on must auk. Päikesest sellise objekti valmistamiseks tuleb see kokku suruda umbes kolme kilomeetri raadiusesse.
Mustal augul on kaks peamist osa: ainsus ja sündmuse horisont. Musta augu sündmusehorisondi suuruseks loetakse selle suurust, kuna seda saab arvutada ja mõõta.
Horisonti peetakse ka "tagasituleku punktiks" musta augu läheduses. See ei ole füüsiline pind, vaid ainsust ümbritsev sfäär, mis tähistab piiri, kust põgenemiskiirus võrdub valguse kiirusega. Selle ala raadius on väga Schwarzschildi raadius.
Niipea kui mateeria on sündmushorisondist väljas, hakkab see langema musta augu keskpunkti poole. Nii tugeva gravitatsiooni korral surutakse mateeria punkti - uskumatult väikese hulga hullu tihedusega. See punkt on singulaarsus. See on tühine ja kaasaegsete teoreetiliste mudelite kohaselt on see lõpmatu tihedusega. On täiesti võimalik, et füüsikalisi seadusi, mida me teame, rikutakse ainsuses. Teadlased uurivad seda küsimust aktiivselt, et mõista ainsuses toimuvat, samuti välja töötada täielik teooria, mis kirjeldab musta augu keskmes toimuvat.
Teeme mõned arvutused
Vaatame, mida saame õppida ühe millimeetrise musta augu kohta. Arvutuste kohaselt on sellise Schwarzschildi raadiusega musta augu mass 7 x 10 ^ 23 kilogrammi - rohkem kui viis Kuu massi (vastavalt valemile R = 2MG / c ^ 2, kus R on Schwarzschildi raadius, M on objekti mass, G on gravitatsiooniline) konstant ja c on valguse kiirus).
Maa ja Päikese suhe on kolm osa miljonist. Seega, kui Maa peaks muutuma mustaks auguks, oleks selle raadius vaid üheksa millimeetrit. Seetõttu oleks ühe millimeetri suuruse musta augu mass 11% Maa massist. Kindlasti oleks meil probleeme planeedi 11-protsendilise lisamassiga.
Piisab isegi sellest, kui Maa kogu gravitatsioon märgatavalt suureneb. Sellest lisaraskusest piisaks Kuu orbiidi muutmiseks, nii et see võiks lihtsalt lennata oma praegusest orbiidist välja ja hakata liikuma elliptilisel orbiidil.
Flammi paraboloid, mis kujutab kosmoseaega Schwarzschildi musta augu sündmuste kasvuhorisondist kaugemal.
Kus on see kujutletav must auk - pinnal, Maa keskel või keerleb selle ümber? Oletame, et see asub planeedi pinnal. Selle gravitatsioonilise mõju pindala oleks umbes kolmandik Maa raadiusest - umbes 2124 kilomeetrit.
Kõik selle mikroskoopilise musta augu vahetus läheduses olevad ained tunneksid sellest koheselt tugevat gravitatsiooni ja auk omakorda neelaks kõik, mis on teel Maa keskpunkti, kuhu see jõuaks umbes 42 minutiga alates ilmumise hetkest. See liiguks läbi Maa tuuma ja jõuaks umbes samal ajal Maa pinna teisele poole.
Kui pinnale ilmub must auk suhtelise kiirusega alla 12 km / h, keerleb see sinise planeedi ja selle gravitatsioonipiirkonna ümber. Lihtsamalt öeldes on see maakoore ja enamuse selle vahevöö hävitamine. Ja kui see on veelgi lihtsam, tähendab see kogu maakera elu surma.
Pöördumiskiirus ja Eddingtoni piir
Suurem osa musta augu ümber asuvast Maa massist saab toiduks ja see akrediteerib seda. Enne lihtsalt musta auku kukkumist peab kogu see materjal kaotama oma nurgakiiruse - seepärast hakkab ta selle ümber pöörlema, moodustades akretsioonketta.
See materjal tekitab palju soojust, mis lõpuks kiirgab. Kiirgusel on rõhk, mis aeglustab edasist kogunemist. Mõlemad efektid tasakaalustavad üksteist - seda nimetatakse Eddingtoni piiriks.
Musta augu tekkimine kunstniku vaates
Eddingtoni limiit seab ka musta augu kinnitusastmele kõva piiri. Väikese akretsiooni ketta temperatuur oleks suure tõenäosusega umbes kuus tuhat kelvinit - umbes sama kui Maa tuum või Päikese pind.
Akretsioonketta ja Maa massi vahel toimuksid mõned hõõrdeprotsessid, mille tagajärjel asuks planeedi tuumas mikroskoopiline must auk.
Surm mustas augus
Üldiselt kuluks sellise musta augu Maa neelamiseks viis miljardit aastat. See suurendaks oluliselt Maa massi. Ja muidugi, see tekitaks kohe planeedil täieliku korralageduse, mis vaid mõne tunniga muutuks asustamata kooriku, laava, kuumade gaaside ja kõige muu kokkuvarisemiseks.
Elu muutub võimatuks ja musta augu suur mass võib asteroidi vöö hävitada. See omakorda võib järgneva miljoni aasta jooksul põhjustada Päikesesüsteemi sagedasi kokkupõrkeid. Kuu pöörleks edasi Uus Maa ümber (must auk), kuid väga piklikus elliptilisel orbiidil.
Must auk ei liiguks kohe Maa keskele, pigem keerleks see mõnda aega ümber, kuid lõpuks jõuaks selleni. Selle mikroskoopilise musta augu massi kasvu mõistmiseks on vaja keerukaid arvutusi ja simulatsioone.
Kõike seda saab kokku võtta maailmakuulsa astrofüüsiku ja teaduse populariseerija Neil DeGrasse Tysoni sõnadega:
Vladimir Guillen