Почему полет в чёрную дыру - это гарантированная смерть

Стоит только космонавту подлететь поближе к черной дыре, и хорошего от этой встречи ждать не стоит. Никаких шансов выжить, только гарантированная гибель.

Короткий ответ — смерть. Если развёрнуто, то никто не знает, что именно случится. Наука здесь гадает. Но в любом случае ничего приятного не жди, это точно.

Пока держишься подальше, чёрная дыра ведёт себя как обычная звезда с похожей массой: вокруг неё можно спокойно выйти на орбиту и летать годами. Некоторые учёные даже допускают, что там могут быть обитаемые планеты. Но как только начинаешь приближаться, проблемы нарастают как снежный ком.

Радиация убьёт первой

Чёрная дыра с аккреционным диском и «короной» — потоком рентгеновских частиц. Художественный концепт. Изображение: NASA/JPL‑Caltech

Если думаешь, что чёрная дыра опасна только после пересечения горизонта событий, ты ошибаешься. Проблемы начинаются задолго до этого, и они смертельны в прямом смысле.

Чёрные дыры почти всегда не одиноки. Вокруг них куча материи — газа, который остался после того, как дыра сожрала какую-нибудь звезду. Этот газ носится по орбите на бешеной скорости, у него чудовищная кинетическая энергия, и он разогревается до адских температур.

Эта штука — быстро вращающееся, испепеляюще горячее облако — называется аккреционным диском.

Ты наверняка видел его в фильме «Интерстеллар». Саму дыру не разглядеть, она поглощает любой свет, а вот водоворот вещества вокруг неё видно отлично. Именно аккреционный диск — та оранжевая светящаяся каша, которую сфотографировал телескоп Event Horizon Telescope в апреле 2019 года.

Первый снимок чёрной дыры. Изображение: The Event Horizon Telescope Collaboration

Аккреционные диски чёрных дыр излучают мощное электромагнитное излучение. Энергия рентгеновских и гамма-лучей там в миллион миллионов раз выше, чем у видимого света.

Плюс теоретически сама дыра может фонить излучением Хокинга. Правда, астрофизики в этом не уверены, да и мощность такая крошечная, что можно не учитывать.

Все эти потоки заряженных частиц, которые чёрная дыра разбрасывает на сотни световых лет вокруг, здоровья явно не прибавят. Она убьёт человека обычной радиацией ещё на подлёте, даже не прибегая к искривлению пространства и времени.

Аккреционный диск просто сожжёт

Движение материи в аккреционном диске чёрной дыры. Визуализация NASA. Изображение: NASA’s Goddard Space Flight Center / Jeremy Schnittman

Допустим, космонавт подготовился: надел метровый свинцовый плащ поверх скафандра и, полный решимости узнать тайны недр чёрной дыры, продолжает падать.

Но тут его ждёт новая напасть — всё тот же аккреционный диск из раскалённого газа.

Диск нагревается, когда частицы газа сталкиваются друг с другом, носясь кругами с бешеной скоростью. Кинетическая энергия переходит в тепловую, и ещё как — вещество рядом со средней чёрной дырой может разогреваться до миллионов и даже триллионов кельвинов. Для сравнения: температура на поверхности Солнца 5 778 К, а в ядре 15 млн К.

Наверное, не надо объяснять, что лететь сквозь потоки раскалённой плазмы небезопасно. Если радиация не добьёт, это сделает температура.

Кстати, аккреционные диски сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик — одни из самых ярких объектов во Вселенной. Их называют квазарами. Самый горячий из известных, J043947.08+163415.7, светит как 600 триллионов солнц, если бы они договорились и включились разом.

Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики Messier 87 посылает лучи плазмы и разрушения в космос. Изображение: NASA / The Hubble Heritage Team (STScI / AURA)

Периодически чёрные дыры стреляют во Вселенную релятивистскими струями — джетами. Это потоки плазмы на околосветовой скорости, обычно парные, бьющие с полюсов в противоположные стороны.

Астрофизики пока спорят, почему так происходит, но похоже, магнитные поля вокруг дыры вытворяют что-то необычное с газом в диске. Джет может извергаться непрерывно от 10 до 100 миллионов лет.

Так что, падая на чёрную дыру, человеку надо обходить её полюсы стороной, чтобы не угодить под релятивистскую струю.

Спагеттификация неизбежна

Голодающая чёрная дыра в центре галактики Markarian 1018. Изображение: NASA / ESA / CARS Survey

Учитывая всё это, наверное, лучше лететь к чёрной дыре без аккреционного диска. Такие бывают — если рядом нет звёзд, из которых можно выкачивать газ. То есть дыра уже всех сожрала.

Например, чёрная дыра в центре галактики Markarian 1018 засосала всё вещество вокруг и осталась без газа. Астрофизики называют такие дыры голодающими.

Или сверхмассивная дыра Стрелец A в центре нашего Млечного Пути — у неё крошечный, почти незаметный диск. Поэтому за ней так сложно наблюдать.

В общем, можно подобраться к горизонту событий, не встречая потоков горячей плазмы.

Дальнейшие проблемы зависят от размеров чёрной дыры.

Если падать на объект массой примерно с наше Солнце (в 332 946 раз тяжелее Земли), произойдёт вот что.

Чем ближе к дыре, тем сильнее её гравитация. На каком-то расстоянии окажется, что тяготение на ноги будет во много раз сильнее, чем на голову. Эту разницу называют приливной силой.

Что из этого выходит, красочно описал физик Нил Деграсс Тайсон в книге «Смерть в чёрной дыре и другие мелкие космические неприятности».

Сверхмассивная чёрная дыра спагеттифицирует солнцеподобную звезду. Художественный концепт. Изображение: ESO / ESA / Hubble / M. Kornmesser

Сначала приливные силы черной дыры разорвут космонавта пополам прямо посередине туловища (если он, конечно, летит в дыру «солдатиком», а не боком). Потом ноги и верхнюю часть разорвет еще на две части. Затем снова. И так по нарастающей, пока даже атомы, из которых состоит человек, не развалятся на элементарные частицы. После этого весь поток частиц уйдет за горизонт событий.

Земля тоже создает приливные силы, которые действуют на ваше тело, но их недостаточно, чтобы разорвать вас, так что бояться нечего.

Вот и вся история. Это явление в шутку называют «спагеттификацией». Обычно приливные силы черных дыр превращают в спагетти звезды, но и с людьми они справятся без проблем.

Правда, есть один момент.

Что-то ужасное случится, но мы не узнаем, что именно

Рентгеновская вспышка черной дыры Стрелец A в центре Млечного Пути. Изображение: NASA / CXC / Stanford / I. Zhuravleva

Нил Тайсон объясняет, что приливные силы становятся тем сильнее, чем больше размер объекта по сравнению с расстоянием до центра дыры. То есть небольшая черная дыра разорвет космонавта на куски и расщепит на атомы еще на подлете.

А вот если черная дыра очень массивная и с огромным радиусом, ее приливные силы начнут растягивать путешественника уже после того, как он пересечет горизонт событий.

Физик Лео Родригес говорит, что в таком случае человек, возможно, даже выживет. Ведь горизонт событий это не физическая стена, а просто граница гравитационного влияния дыры, за которую не может выбраться даже свет.

Перед самым падением за горизонт путешественник, скорее всего, успеет увидеть, как искажается свет от всех звезд вокруг, а потом он сожмется в точку позади. Эта точка станет сначала красной, потом белой, а затем синей. Все из-за того, как гравитация дыры влияет на длины волн пролетающего мимо света. Это явление называют «синим смещением».

Визуализация падения в черную дыру. Она точно показывает искажения неба вокруг, но не учитывает «посинение» картинки из-за синего смещения. Видео: SkitlerRemix/Youtube

[media=https://www.youtube.com/embed/JcHneuh6DKo]

Но никто не может рассказать точно, что случится за горизонтом. Проблема в том, что там ещё и привычные нам законы физики не работают. Поэтому учёные могут только предполагать, что происходит с веществом в чёрной дыре.

Скорее всего, как считает Нил Тайсон, человека благополучно спагеттифицирует, просто не перед горизонтом событий, а за ним. Затем то, что осталось от путешественника, свалится в сингулярность — область пространства с бесконечной плотностью в центре дыры. Вот.

Так что книжных полок и посланий морзянкой из прошлого, отправленных своей дочери, как в В«ИнтерстеллареВ», не будет.

Моя телега