черная дыра. Черные дыры могут быть дружелюбнее, чем принято считать.
Гаргантюа черная дыра - 85 фото
Студией Double Negative была создана программа для генерирования высококачественных изображений на основании точных расчетов Кипа Торна. Так и были созданы те потрясающие кадры, которые теперь можно увидеть в фильме.
Сверхмассивная черная дыра, названная Гаргантюа, приобрела известность благодаря фильму Интерстеллар, где она стала местом, куда попал главный герой. Черная дыра, которая была названа Гаргантюа, является одной из самых массивных известных нам черных дыр во Вселенной. Её название происходит от персонажа французской литературы — Гаргантюа, которого описывали как огромного человека с необычайно большими размерами. Именно такие размеры имеет и данная черная дыра, что и послужило основанием для её названия. Гаргантюа находится в нашей галактике, в центре Млечного Пути, и её масса составляет около 17 миллиардов масс Солнца.
Её свойства стали известны благодаря множеству исследований, одним из которых является исследование гравитационных волн, которые были обнаружены в 2015 году.
Вы знаете, что, хотя лазер все время испускает зеленый луч, вы будете видеть его все более красным по мере приближения робота к горизонту черной дыры. Отчасти излучение «покраснеет» за счет того, что ему придется затратить энергию на преодоление сильного гравитационного поля черной дыры, и отчасти — из-за доплеровского смещения, связанного с удалением источника излучения от вас. Измеряя «покраснение» лазерного излучения, вы сможете рассчитать скорость падения робота. Итак, эксперимент начинается.
R3D3 сходит с круговой орбиты и падает по радиальной траектории. Как только он начинает падать, вы пускаете часы, по которым фиксируется время прихода лазерных импульсов. По истечении 10 с вы получаете от него сообщение, что все системы функционируют нормально и он уже опустился на 2600 км. Здесь и далее прим. Теперь вы должны быть предельно внимательны.
Следующие несколько секунд окажутся решающими, поэтому вы включаете высокоскоростную регистрирующую систему для детальной записи всех приходящих сведений. Через 61 с R3D3 сообщает, что все системы пока функционируют нормально, горизонт — на расстоянии 8000 км и приближается со скоростью 15 тыс. Проходит 61,6 с. Еще все в порядке, до горизонта осталось 2000 км, скорость — 30 тыс. А затем, в течение следующей 0,1 с вы с изумлением замечаете, что излучение из зеленого становится красным, инфракрасным, микроволновым, затем приходят радиоволны и наконец все исчезает.
Через 61,7 с все кончено — лазерный луч пропал. R3D3 достиг скорости света и исчез за горизонтом. По мере того как возбуждение спадает и вы подавляете налет сожаления по поводу участи робота, ваше внимание вновь обращается к записанным данным. В них зафиксированы подробности изменения окраски лазерного излучения. Вы знаете, что свет представляет собой колебания электромагнитного поля и что каждый цвет характеризуется своей собственной длиной волны.
Там, в записях — история этого удлинения. Из них следует, что пока R3D3 падал, длина волны принимаемого вами излучения сначала менялась очень медленно, а затем все быстрее и быстрее. Следует предположить, однако, что длина волны продолжала все так же удваиваться и после этого, так что после огромного числа удвоений длина волны стала бесконечной и возле горизонта все еще испускались чрезвычайно слабые и длинноволновые сигналы. Означает ли это, что R3D3 так и не пересек горизонт и никогда не сможет сделать этого? Вовсе нет.
Эти последние сигналы с многократно удваивавшейся длиной волны будут бесконечно долго «выбираться» из «тисков» гравитационного поля черной дыры. Но слабые сигналы от него будут продолжать приходить, поскольку время их пребывания в пути оказалось бесконечно велико. Они — следы далекого прошлого. Подчеркнем, что реализовать такую систему отсчета на самом горизонте и внутри него невозможно. Поэтому никаких нарушений принципа причинности, конечно, не происходит.
После многочасового изучения данных, полученных от робота, и продолжительного сна, необходимого для восстановления сил, вы приступаете к следующему этапу исследований. На этот раз вы решаете самостоятельно обследовать окрестности горизонта событий, правда, рассчитываете сделать это с большей предосторожностью, чем ваш посланник: вместо свободного падения к горизонту, вы собираетесь снижаться постепенно. Попрощавшись с командой, вы влезаете в спускаемый аппарат и покидаете корабль, оставаясь сначала на той же круговой орбите. Затем, включая ракетный двигатель, слегка тормозите, чтобы замедлить свое орбитальное движение. При этом вы начинаете по спирали приближаться к горизонту, переходя с одной круговой орбиты на другую.
Ваша цель — выйти на круговую орбиту с периметром, слегка превышающим длину горизонта. Поскольку вы движетесь по спирали, длина вашей орбиты постепенно сокращается: от 1 млн км до 500 тыс. Находясь в состоянии невесомости, вы подвешены в своем аппарате, предположим, ногами — к черной дыре, а головой — к орбите вашего корабля и звездам. Но постепенно вы начинаете ощущать, что кто-то тянет вас за ноги вниз и вверх — за голову. Вы соображаете, что причина — притяжение черной дыры: ноги ближе к дыре, чем голова, поэтому они притягиваются сильнее.
То же самое справедливо, конечно, и на Земле, но разница в притяжении ног и головы там ничтожна — меньше 10—6, так что никто этого не замечает. Двигаясь же по орбите длиной 80 тыс. Несколько озадаченный вы продолжаете движение по закручивающейся спирали, но удивление быстро сменяется беспокойством: по мере уменьшения размеров орбиты, силы, растягивающие вас, будут нарастать все стремительнее. При длине орбиты 64 тыс. Скрипя зубами от натуги, вы продолжаете движение по спирали.
При длине орбиты 25 тыс. Больше вы не в состоянии выдержать в вертикальном положении. Пытаетесь решить эту проблему, свернувшись калачиком и подтянув ноги к голове, уменьшив тем самым разность сил. Но они уже настолько велики, что не дадут вам согнуться — снова вытянут вертикально вдоль радиального по отношению к черной дыре направления. Что бы вы ни предпринимали, ничто не поможет.
И если движение по спирали будет продолжаться, ваше тело не выдержит — его разорвет на части. Итак, достичь окрестности горизонта нет никакой надежды... Разбитый, преодолевая чудовищную боль, вы прекращаете свой спуск и переводите аппарат сначала на круговую орбиту, а затем начинаете осторожно и медленно двигаться по расширяющейся спирали, переходя на круговые орбиты все большего размера, пока не доберетесь до звездолета. В изнеможении добравшись до капитанской рубки, вы изливаете свои беды бортовому компьютеру. Вам рассказывали о растяжении в направлении от головы к ногам в процессе подготовки к полету.
Это ведь те же самые силы, что вызывают океанские приливы на Земле». Но почему же робот R3D3 оказался столь стойким к действию приливных сил? Вы догадываетесь, что это произошло по двум причинам: он был изготовлен из сверхпрочного титанового сплава и имел размеры, значительно меньшие, чем ваши. Его высота, помнится, равнялась 10 см и, стало быть, приливная сила, действующая на него, была, соответственно, гораздо слабее. Но затем вы приходите к неутешительному выводу: даже проткнув горизонт, R3D3 должен был продолжать падать в область со все возрастающими приливными силами.
Вы вспоминаете, что еще в 1965 г. Пенроуз использовал законы ОТО Эйнштейна для доказательства того, что такая сингулярность «проживает» внутри любой черной дыры, а в 1969 г. Лившицем, И. Халатниковым и В. Это были «золотые годы» теоретических исследований черных дыр.
Но одна ключевая особенность их поведения ускользнула тогда от физиков, они лишь догадывались о ней. И только гораздо позже, в 2013 г. Чтобы изучить сингулярность, наблюдатель не только вынужден погибнуть — ему даже не удастся накопленный столь дорогой ценой опыт передать обратно, во внешнюю часть Вселенной. Не желая платить столь высокую цену за личное знакомство с сингулярностью, вы решаете ограничиться исследованием окрестностей черных дыр. К счастью, вы припоминаете что большое разнообразие явлений может наблюдаться и снаружи от черной дыры, в непосредственной близости от ее горизонта.
Вы решаете изучить эти явления в первую очередь и сообщить о результатах своих исследований на Землю, во Всемирное географическое общество. Черная дыра Гадес обладает слишком большими приливными силами, которые не позволяют приблизиться к ее горизонту, но, согласно законам Эйнштейна, величина приливных сил вблизи горизонта обратно пропорциональна квадрату массы черной дыры. Для черной дыры с массой в 100 тыс. Иными словами, такая дыра должна быть весьма «комфортабельной» — никаких болевых ощущений. Достижим ли горизонт?
Итак, вы начинаете строить планы следующего этапа путешествия: визит к ближайшей черной дыре с массой 100 тыс. Mслн из атласа черных дыр Уиткомба,— к черной дыре, расположенной в центре нашей Галактики — Млечного Пути. Ваш план полета предполагает создание такой тяги ракетных двигателей, которая обеспечивала бы ускорение всего в 1 g, так что вы и ваша команда будете ощущать внутри звездолета силу притяжения, равную земной. Вы разгонитесь по направлению к центру Галактики в течение половины пути, а вторую половину будете замедлять движение с отрицательным ускорением —1 g. Все путешествие длиной 30100 св.
Вы предупреждаете Всемирное географическое общество, что следующее сообщение от вас прийдет из окрестностей галактического центра, после того как вы исследуете находящуюся там черную дыру с массой в 100 тыс. Члены общества должны пребывать в анабиозе около 60211 лет, если они хотят дождаться повторного сообщения 30103 года, пока вы доберетесь до центра Галактики, и 30108 лет, пока сообщение достигнет Земли. К сожалению, это так. Гораздо приятнее Вселенная в фантастических фильмах, где звездолеты переносят путешественников через галактики за времена, непродолжительные с любой точки зрения. Действительно, в 60-е годы XX в.
Но более пристальное изучение физических законов привело к заключению, что ни одно из таких путешествий не реализуемо. Самое большее, на что вы можете рассчитывать,— это путешествовать сравнительно недолго по своим часам, но чрезвычайно долго с точки зрения землян. Через 20 лет 7 месяцев ваш звездолет тормозит в центральной части Млечного Пути. Именно здесь, как подтверждают ваши датчики, находится чудовищная черная дыра, всасывающая под свой горизонт смесь газа и звездной пыли. Вы переводите звездолет на тщательно выбранную круговую орбиту над горизонтом черной дыры.
Измеряя длину и период своей орбиты и подставляя результаты в формулы Ньютона — Кеплера, вы определяете массу черной дыры. Mслн в точном соответствии с характеристиками, приведенными в атласе черных дыр Уиткомба. Основываясь на безвихревом характере падения газа и пыли, вы заключаете, что у дыры отсутствует заметный момент количества движения. Это подсказывает вам, что ее горизонт имеет форму сферы с длиной большой окружности 1 млн 850 тыс.
Червоточины пока не были обнаружены, но многие исследователи предполагают, что такие червоточины вполне могут существовать, опираясь на теорию относительности. Правда, никому до сих пор неизвестно, сможет ли космический корабль с экипажем внутри выйти из кротовой норы невредимым. Черная дыра и время Дальше можно обсуждать то, что происходит, когда героям удалось преодолеть большое расстояние и подобраться к черной дыре. Здесь уже затрагивается искривление времени.
Думать о времени как о чем-то простом и равномерном является такой же ошибкой, как думать, что Земля плоская. Развитие науки позволило разрушить наше представление о времени. Когда главные герои попали на планету Миллер, то получили сведения о том, что час, проведенный там, равен семи годам на Земле. Это связано с тем, что планета вращается вокруг черной дыры на близком расстоянии от нее. В фильме подробно объясняется влияние гравитации на время. Гаргантюа — черная дыра огромной массы, а объекты с большой массой способны создать сильную гравитацию. Гравитация искривляет пространство и время. Чем сильнее гравитационное поле, тем больше будет изменяться пространство и время, а значит, время будет идти медленнее.
Искривление времени также является правдой. В реальном мире время идет быстрее в горах, хоть разница и небольшая.
Новости по теме
- Тайны черных дыр: 6 занимательных вопросов астрофизикам
- Найден новый тип черной дыры, скрывающейся на «космическом заднем дворе» Земли
- Гаргантюа черная дыра обои - 65 фото
- «Интерстеллар» с точки зрения науки | Кино | Мир фантастики и фэнтези
- Ученые: Использовать черные дыры для космических путешествий можно, но только осторожно
Гаргантюа интерстеллар [82 фото]
Эти уравнения описывали траектории лучей света, исходящих из далекой звезды, проникающих через искривленные пространство и время Гаргантюа, достигающих камеры и учитывающих даже само движение камеры вокруг черной дыры. Чёрная дыра Гаргантюа – это фантазия создателей «Интерстеллара», которая во многом соответствует реальным космическим объектам. Черная дыра Гаргантюа, частично скрытая планетой Миллер; на переднем плане — модуль «Рейнджер», идущий на снижение. Обои 3840x2160 черная дыра, Гаргантюа, темный. Скачать. Вымышленная черная дыра «Гаргантюа» (сцена из фильма «Интерстеллар»).© Paramount/Warner Brothers/The Kobal Collection.
«Гаргантюа́»
Узнайте о влиянии черной дыры Гаргантюа на время и пространство и как это можно соотнести с нашим миром. При этом ученые выяснили, что аппетит дыры стабильно выше так называемого предела Эддингтона – количества материи, которую может поглотить черная дыра. Вымышленная черная дыра «Гаргантюа» (сцена из фильма «Интерстеллар»).© Paramount/Warner Brothers/The Kobal Collection. Гаргантюа — это сверхмассивная черная дыра, ставшая популярной в массовой культуре после фильма Интерстеллар, именно в неё затянуло Купера к концу фильма. Я постарался графически обыграть маршруты, будто это лучи света вокруг горизонта событий черной дыры.
«Интерстеллар» с точки зрения науки
Студией Double Negative была создана программа для генерирования высококачественных изображений на основании точных расчетов Кипа Торна. Так и были созданы те потрясающие кадры, которые теперь можно увидеть в фильме.
Когда ученые измерили массу черной дыры в центре W2246-0526, они не поверили своим глазам — она оказалась тяжелее Солнца как минимум в три миллиарда раз.
Подобный вывод крайне удивил астрофизиков. Дело в том, что мы видим эту галактику в том состоянии, в котором она существовала примерно 12 миллиардов лет назад, через 1,3 миллиарда лет после Большого Взрыва. Этого времени, как сегодня считают астрофизики, просто не должно было хватить для того, чтобы эта дыра достигла современных гаргантюанских размеров, даже если бы она беспрерывно поглощала максимальные количества материи, допустимые с точки зрения теории.
Обед Гаргантюа Астрономы НАСА нашли один из возможных ответов на этот вопрос, наблюдая за окрестностями W2246-0526 при помощи микроволнового телескопа ALMA, способного следить за движением даже самых холодных скоплений газа и пыли. Эти снимки неожиданным образом показали, что черная дыра-"гаргантюа" и сама W2246-0526 были соединены толстыми линиями из холодного газа и пыли с тремя спутниками этого "звездного мегаполиса".
Аналогия элементарна — если смотреть на Сатурн со стороны полюса, то диск не будет пересекать экваториальную часть. Но это еще не все. Мы не видим черную дыру под прямым углом и это причина еще одного из значительных отличий.
Черная дыра M87 имеет более яркие акценты в левой нижней части. Это косвенное доказательство, что скорее всего черная дыра вращается. Материя вокруг черной дыры тоже вращается, при этом пространство-время само по себе будет обернуто вокруг черной дыры. Это значит, что материал, двигающийся в нашем направлении, выглядит ярче, тогда как та материя, что удаляется от нас, выглядит тусклее. В "Интерстеллар" этой разницы в яркости нет, так как человеческий глаз, скорее всего, не смог бы выделить разницу на двух сторонах черной дыры из-за общей яркости.
Кроме того в фильме Кристофера Нолана присутствуют художественные элементы, вроде бликов.
Именно в него попадает Купер под конец фильма и помогает своей дочери Мерф построить теорию гравитационного движения благодаря данным собранным ТАРСом. Таким образом, получается, что люди из будущего помогли человечеству из прошлого, построив специальный тессеракт, в котором затем Купер оставил координаты для себя из прошлого, а затем переместился в будущее и помог свой дочери решить уравнение и воплотить в жизнь план «А». Также стоит отметить, что фильм «Интерстеллар» наполнен темами относительности пространства и времени. Находясь вблизи черной дыры «Гаргантюа» астронавты во главе с Купером находятся ближе к источнику гравитации, по сравнению с человечеством, а потому время для них течет значительно медленнее. К примеру, когда герои попадают на планету Миллер, то проводят на ней около 3 часов, тогда как на корабле «Эндюрэнс» проходит 23 года. На Земле же проходит и того больше времени. При этом, когда Купер попадает в тессеракт, а затем покидает его, находясь очень близко к черной дыре, он проживает буквально минуты, тогда как человечество за это время проживает десятки лет. В итоге, когда главный герой встречается со своей дочерью, она уже находится на грани ухода из жизни, так как прожила довольно много, пока ее отец был на космической миссии.
Наука и магия Интерстеллара, или почему фильм Криса Нолана является научной фантастикой
Владелец сайта предпочёл скрыть описание страницы. Новости развлекательной игровой тематики и индустрии кино. Обои 3840x2160 черная дыра, Гаргантюа, темный. Скачать.
FAQ по Гаргантюа: реальна ли черная дыра в Интерстеллар?
Если не смотреть через иллюминаторы звездолета наружу и не видеть странного пятна над головой и все поглощающей темноты вокруг, нельзя понять, где вы находитесь: возле горизонта черной дыры или на поверхности Гипериона. Кривизна пространства, обусловленная черной дырой, естественно, сохраняется и внутри корабля, так что, располагая достаточно точными инструментами, вы сможете обнаружить ее здесь. Вы ищете добровольцев для самоубийственного спуска в дыру. Робот R4D5 с его пристрастием к приключениям и опасности вызывается с готовностью. В спускаемом аппарате вместе с ним находится импульсный лазер, зеркало, фотодетектор и часы: робот будет измерять скорость света по мере своего падения и передавать результаты измерений на корабль с помощью лазерных импульсов.
R4D5 покидает звездолет и начинает измерения. Модулируемый лазерный пучок сообщает вам: «299 800; 299 800; 299 800... Лазерное излучение превращается из зеленого в красное, инфракрасное, микроволновое, радиоволны, но сообщение остается неизменным: 299 800. А затем пучок пропадает: R4D5 ныряет под горизонт.
Но ни разу в процессе своего падения он не регистрирует никаких изменений скорости света внутри спускаемого аппарата и не отмечает никаких отличий от физических законов, управляющих работой его электронных систем. Результаты этих экспериментов очень радуют вас. Еще в 1907 г. Эйнштейн выдвинул гипотезу базирующуюся в основном на философских соображениях , согласно которой законы физики должны быть одинаковы во Вселенной всюду и всегда, и это утверждение вскоре стало фундаментальным положением, получившим название «принципа эквивалентности Эйнштейна».
В дальнейшем этот принцип не раз подвергался экспериментальной проверке, но никогда она не была столь наглядной и тщательной, как в вашем эксперименте в окрестностях горизонта Гаргантюа. Устав от десятикратных перегрузок, вы приступаете к подготовке следующего, завершающего этапа своего путешествия — к возвращению в свою Галактику — Млечный Путь. Вы передаете детальный отчет о своих исследованиях в окрестностях Гаргантюа, и поскольку вскоре намереваетесь двигаться со скоростью, близкой к скорости света, ваше сообщение поступит в Млечный Путь менее чем на год раньше вас по земным часам. По мере удаления звездолета от Гаргантюа вы с помощью телескопа ведете тщательные наблюдения за квазаром 8C 2975.
Его струи — длинные тонкие столбы горячего газа, выбрасываемые из ядра квазара,— имеют огромную длину 3 млн св. Направляя телескопы на ядро, вы видите источник энергии, обеспечивающей существование струй: толстый горячий «бублик» из газа размером около 1 св. Наблюдая вихревое движение газа вблизи дыры, вы приходите к заключению, что эта дыра, в отличие от тех, которые встречались вам прежде, вращается весьма быстро. Энергия, поддерживающая существование струй чудовищной длины, отчасти обусловлена вращением черной дыры, а отчасти — движением газового «бублика».
Различие между Гаргантюа и 8C 2975 поразительно: почему Гаргантюа, масса и размеры которой в 1000 раз больше, чем у квазара, не захватывает вращающийся газовый «бублик» и гигантские струи? Дальнейшие исследования подсказывают ответ: один раз в несколько месяцев какая-либо звезда, обращающаяся вокруг черной дыры, входящей в состав квазара, подходит к дыре слишком близко и разрывается на части приливными силами черной дыры. Вещество из внутренней части звезды — газ массой около 1 Mслн — выбрасывается наружу и распределяется вокруг черной дыры, после чего постепенно опускается, группируясь в окружающий дыру «бублик». В результате он всегда заполнен газом, несмотря на постоянные потери — падение вещества на черную дыру и выброс в струях.
Звезды подходят близко и к Гаргантюа. Но из-за ее больших размеров приливные силы снаружи от горизонта слишком слабы, чтобы разорвать звезду на части. Поэтому Гаргантюа «заглатывает» звезды целиком, без выбросов вещества из внутренней части звезды в окружающий ее газовый «бублик». Не имея такого «бублика», Гаргантюа не может образовать струи или другие атрибуты квазаров.
Пока ваш звездолет выбирается из гравитационной ловушки Гаргантюа, вы строите планы возвращения домой. К тому моменту, когда вы достигнете Млечного Пути, Земля станет на 2,4 млрд лет старше, чем во время вашего старта. Изменения в человеческом обществе будут настолько велики, что вы не испытываете особого желания возвращаться на Землю. Вместо этого вы и команда звездолета решаете освоить пространство вокруг какой-нибудь подходящей вращающейся черной дыры.
Ведь именно энергия вращения дыры в квазаре 8C 2975 позволяет квазару «проявить себя» во Вселенной, поэтому энергия вращения дыры меньших размеров может стать источником энергии для человеческой цивилизации. Аккуратные вычисления на бортовом компьютере предсказывают, что каждая из этих звезд должна была взорваться, пока вы путешествовали к Гаргантюа, образовав невращающуюся черную дыру массой около 24 Mслн общая масса выброшенного при взрыве газа составляет примерно 6 Mслн. Обе черные дыры должны теперь вращаться одна относительно другой, испуская в процессе вращения гравитационные волны. Эти волны будут передавать слабый импульс отдачи черным дырам, вызывая их чрезвычайно медленное, но неумолимое сближение по спирали.
Небольшая коррекция ускорения звездолета позволит вам прибыть туда на последней стадии этого взаимного сближения: через несколько дней после прилета вы сможете наблюдать, как сливаются невращающиеся горизонты обеих черных дыр и как в результате образуется одна быстро вращающаяся дыра. Две родительские дыры были непригодны для поселения, поскольку не обладали заметным моментом количества движения, но новорожденная, быстро вращающаяся дыра представляется идеальной для поселения. Итак, спустя 39 лет 11 мес. А вот и они, точно на месте!
Измеряя траектории движения межзвездного водорода, падающего на дыры, вы убеждаетесь, что они не вращаются и масса каждой составляет около 24 Mслн в соответствии с предсказаниями компьютера. Длина горизонта дыры равна 440 км, дыры отстоят на 60 тыс. Подставляя эти значения в формулы Эйнштейна определяющие отдачу при испускании гравитационных волн , вы заключаете, что черные дыры должны слиться через три дня. Этого времени как раз достаточно для подготовки телескопов и съемочных камер к регистрации всех деталей события.
Фотографируя искажения, вносимые гравитационной линзой в распределение звезд, расположенных за дырами, вы без труда проконтролируете их движение. Светлое кольцо сфокусированного излучения звезд, окружающее диск каждой черной дыры, обеспечит вам превосходный фотоснимок. Вам бы хотелось быть поблизости, чтобы видеть все отчетливо, но при этом достаточно далеко, чтобы не испытывать беспокойства из-за приливных сил. Подходящим расстоянием, решаете вы, будет орбита, в 10 раз длиннее той, по которой обращаются черные дыры.
В течение трех следующих дней дыры постепенно сближаются и ускоряют свое орбитальное движение. За день до слияния расстояние между ними уменьшается с 60 до 46 тыс. За час до слияния они находятся на расстоянии 21 тыс. За минуту до слияния расстояние между ними 7400 км, а период 0,61 с.
За 10 с до слияния расстояние 4700 км, период 0,31 с. А затем в последние 10 с вы и ваш звездолет начинаете сотрясаться, сначала слабо, а затем все сильнее и сильнее. Все происходит так, словно гигантская пара рук схватила вашу голову и ноги и стала поочередно сжимать и растягивать вас все сильнее и сильнее, быстрее и быстрее. А затем еще более внезапно, чем началась, дрожь прекращается.
Все спокойно. Вы привыкли к тому, что гравитационные волны настолько слабы, что зарегистрировать их могут лишь сверхчувствительные приборы. Но при слиянии черных дыр они необычайно сильны — будь ваша орбита в 50 раз меньше, звездолет могло разорвать на части вызванной ими тряской. Но сейчас вы в безопасности.
Слияние завершилось, и волны прошли. На своем пути во Вселенной они расскажут удаленным наблюдателям о происшедшем здесь событии». Направляя телескопы на источник гравитационного поля, вы обнаруживаете, что там, где недавно были две дыры, сейчас всего одна, причем она быстро вращается — вы видите это по вихрям падающих атомов водорода. Эта дыра станет идеальным генератором энергии для вас, вашей команды и тысяч поколений ваших потомков.
Аккуратные измерения параметров орбиты звездолета свидетельствуют, что масса образовавшейся дыры составляет 45 Mслн. Поскольку суммарная масса родительских дыр равнялась 48 Mслн, три солнечных массы должны были превратиться в энергию и унестись гравитационными волнами. Нечего удивляться, что вас трясло так сильно! О вращении дыры свидетельствуют не только возникающие вихри атомов водорода, падающих в дыру, но и форма окруженного светлым кольцом темного пятна на небе под вами: это пятно сплющено из-за вращения дыры, как сплющена из-за вращения Земля.
Более того, пятно выпячивается с одной стороны. Зная же момент и массу, вы вычисляете другие свойства черной дыры, включая скорость вращения ее горизонта и длину ее экватора. Вращение дыры заинтересовало вас. Никогда прежде вы не имели возможности вблизи исследовать вращающуюся дыру.
Поэтому вы вновь отыскиваете добровольца, робота R4D4, вызвавшегося исследовать окрестности горизонта. Ему даны четкие инструкции: спуститься, зависнув в нескольких метрах над горизонтом, и там, включив ракетные двигатели, удерживаться неподвижно точно под звездолетом. Таким образом, двигатели должны препятствовать как силе гравитационного притяжения, так и вихревому увлечению пространства. Жаждущий приключений R4D4 спускается вниз, форсируя двигатели сначала едва, а затем все сильнее, чтобы преодолеть вращение пространства и остаться точно под звездолетом.
И как ни пытается он тягой двигателей препятствовать вращению, ему это не удается. R4D4 изо всех сил пытается форсировать двигатели, но скорость его орбитального движения почти не меняется. А затем топливо иссякает, и он начинает падать внутрь. Его лазерное излучение становится инфракрасным, затем превращается в радиоволны, но мерцает все с той же частотой, свидетельствующей о том, что нет никаких изменений в его вращательном движении.
Он ушел в глубь черной дыры, нырнув в неистовую сингулярность, которую вы никогда не сможете увидеть... Через три недели, посвященных экспериментам и наблюдениям, вы и ваша команда принимаетесь, наконец, за строительство. Доставив материалы с далеких планет, создаете рабочее кольцо вокруг черной дыры. Оно имеет длину около 5 млн км, толщину 2 тыс.
Размеры кольца тщательно выбраны, так что люди, предпочитающие жить при земной силе тяжести, могут построить свои дома у внешней или внутренней поверхностей кольца, а те, кто выбирает более слабое притяжение, могут поселиться ближе к его осевой линии. Эти различия в силе тяжести целиком обусловлены приливной силой черной дыры, или, в терминах ОТО,— кривизной пространства-времени. Превратившись в энергию, эта величина в 100 тыс. Ваш преобразователь действует по тому же принципу, что и квазары, принципу, впервые открытому в 1977 г.
Блэндфордом и Р. Вы внедряете магнитное поле под горизонт дыры и удерживаете его, несмотря на то что оно стремится улизнуть, с помощью гигантских катушек. Поскольку дыра вращается, ее вращательный момент взаимодействует с магнитным полем; в результате образуется гигантский электрический генератор, в котором магнитные силовые линии работают как линии передачи энергии от черной дыры. Электрический ток течет от экватора черной дыры в форме потока электронов в обратном направлении по магнитным силовым линиям в ваш кольцевой мир, а затем от него по другому набору магнитных силовых линий вниз, к северному и южному полюсам черной дыры.
Читайте также Если бы Земля превратилась в Черную дыру, что изменилось бы в динамике Солнечной системы? Точки над «I» В науке между фактом и почти фактом — огромная дистанция. На рубеже тысячелетий большинство астрономов были практически уверены, что черные дыры существуют, но лишь наступившее столетие стало временем решающих доказательств. После открытия в 2008 году черной дыры в центре Галактики следующий успех пришел в 2015-м, когда были зарегистрированы гравитационные волны от слияния черных дыр. Алексей Старобинский: «В XXI веке возник новый способ изучения черных дыр — с помощью гравитационно-волновой астрономии. Прибор состоит из двух зеркал, расстояние между которыми с большой точностью измеряется с помощью лазера.
Гравитационные волны, испускаемые при слиянии черных дыр, изменяют геометрию пространства, а значит, и расстояние между зеркалами. То, что наблюдали исследователи, отлично описывается теорией: большинство событий — это слияние черных дыр в составе двойных систем. Мы видим, как две черные дыры вращаются вокруг друг друга по почти кеплеровской орбите, за исключением самой последней стадии перед слиянием, постепенно теряют энергию в виде гравитационных волн и в конце концов сливаются. Новым для астрономов оказалось только то, что типичная масса таких черных дыр — около 30—50 солнечных, а не 10, как ожидалось. Предстоит еще подумать о том, откуда взялись такие массивные звезды. Все, что мы видим, происходит очень-очень далеко.
Ни в нашей Галактике, ни даже в Туманности Андромеды ни одного такого события наблюдать не удалось. Речь идет о расстояниях от 100 до 1000 мегапарсек, тогда как до ближайшего сверхскопления галактик в созвездии Девы от нашей «местной группы» всего 10 мегапарсек». Регистрация гравитационных волн была отмечена особой нобелевской премией в 2017-м. Наконец, в 2019 году достигнут последний потрясающий успех. Астрономы объединили в единую сеть восемь радиотелескопов, разбросанных по разным континентам. Будь эта система оптическим телескопом, она позволила бы из Москвы читать газету, раскрытую во Владивостоке.
С помощью такого инструмента исследователи заглянули в сердцевину галактики М87. Изображение было настолько подробным, что впервые позволило разглядеть не только яркий диск вещества, падающего на черную дыру, но и саму виновницу торжества в его центре. Говоря точнее, астрономы увидели так называемую тень черной дыры, которая образуется из-за воздействия ее гравитации на фотоны. Если смотреть с Земли, их угловые размеры примерно одинаковы, и астрономы пытались разглядеть и запечатлеть оба эти объекта. Увы, наша родная черная дыра оказалось застенчивой, и получить ее изображение помешали облака пыли. А вот фото ее «сестры» из соседней галактики облетело научно-популярные СМИ.
Читайте также Можно ли уничтожить черную дыру? Парадоксы и перспективы Даже далекие от физики люди слышали, что существование черных дыр порождает парадоксы. При этом сам факт, что из-под гравитационного радиуса нет пути назад, не более парадоксален, чем банальные утверждения «человек смертен» или «прошлого не изменишь». На самом деле, парадоксы возникают не в самой теории Эйнштейна, а на стыке этой теории и квантовой механики. Например, куда-то девается информация об угодивших в черную дыру материи и излучении, а квантовая механика такой потери не допускает. Алексей Старобинский реагирует на упоминание о парадоксах сдержанным смешком: «Если буквально, можно сказать, наивно применять аксиомы квантовой механики, то возможно прийти к выводу, что информация вроде бы должна сохраняться, а потому вокруг горизонта событий возникнет огненная стена — слой частиц с планковской то есть очень высокой энергией.
Однако ничего подобного при слиянии черных дыр мы не наблюдаем. Мы не видим ни высокоэнергетичных частиц, ни незатухающего сигнала гравитационных волн после момента слияния. Я специально спрашивал об этом тех, кто участвует в экспериментах. А вот некоторые теоретики все это видят, поскольку берут чужие экспериментальные данные, но не чувствуют, какой колоссальной работы над погрешностями измерений требует правильная обработка этих данных. Я бы сказал, что парадоксы возникают, только если квантовую механику применять к тому, что происходит вокруг черной дыры, мягко говоря, немножко тупо». Может ли изучение черных дыр принести физике что-то еще, кроме очередного — с огромной точностью — подтверждения правоты Эйнштейна?
Старобинский надеется, что да: «Сейчас астрономия большей частью работает на себя, но кое-что от нее может перепасть и фундаментальной физике. Открытие черных дыр разнообразной массы — это похоже на описание все новых видов животных в биологии: все это остается в рамках фундаментальных представлений. Мы лишь подтверждаем ОТО в том, что касается гравитации, и Стандартную модель с точки зрения физики элементарных частиц. Однако при этом астрономия четко говорит нам, что существует темная материя. Мы не знаем, из чего она составлена. Хотя наиболее популярная гипотеза — наличие новых частиц вне Стандартной модели; существует теоретическое предсказание, что частично она может состоять из первичных черных дыр.
Эти снимки неожиданным образом показали, что черная дыра-"гаргантюа" и сама W2246-0526 были соединены толстыми линиями из холодного газа и пыли с тремя спутниками этого "звездного мегаполиса". Их наличие, в свою очередь, говорит о том, что ярчайшая галактика Вселенной сейчас разрывает на части своих ближайших соседей и высасывает из них весь газ, пыль и темную материю. Почти вся эта материя, как обнаружили ученые, попадает не на окраины W2246-0526, а в ее центральную часть, где ее захватывает притяжение черной дыры. Небольшая часть этого газа и пыли поглощается сингулярностью, а большая часть выбрасывается назад в виде раскаленных "объедков", вырабатывающих огромное количество света и других форм излучения. В прошлом, как предполагают ученые, W2246-0526 могла захватить и уничтожить и многие другие соседние галактики. Подобная форма "каннибализма", как считают Эйзенхардт и его коллеги, была характерна и для других "хот-догов".
В некоторых точках, которые физики называют каустиками, свет будет сосредотачиваться, образуя своеобразное отражение звезды или любого другого объекта.
По расчетам авторов статьи, человек или робот, путешествующий к горизонту событий черной дыры, сможет увидеть до 13 копий отдельных звезд и даже всей галактики в целом. По словам Торна, данный симулятор можно использовать и для изучения других, более сложных процессов, происходящих в окрестностях вращающихся черных дыр.