Sono passate diverse settimane da quando cose strane hanno cominciato ad accadere nel cielo notturno. Tu, come molti altri, segui attivamente le notizie. Parla il presidente, supportato da astrofisici, geologi e climatologi. È nervoso, ma, in omaggio alla tradizione, divide le notizie in "cattive" e "buone". La buona notizia: non siamo morti, il pianeta non viene distrutto, non viene portato nello spazio o fatto girare in una ruota gravitazionale. Quelli negativi sono "cambiamenti climatici molto interessanti". Cercare di sopravvivere vicino a un buco nero è come fuggire dal Titanic, per una fredda morte nell'oceano.
Prima di prendere la custodia della sveglia o iniziare a impazzire: non temere, questo è solo un esperimento mentale. I buchi neri sono uno dei fenomeni più spaventosi dell'universo. Il loro enorme peso piega lo spazio e il tempo - e la nostra comprensione della loro natura - fino al limite, fino a un punto. Buchi neri supermassicci si annidano nei nuclei delle galassie, inghiottendo milioni, miliardi di stelle.
Cosa succederà se un buco nero nasce o viene scoperto vicino al nostro sistema solare?
Come con la maggior parte delle domande ipotetiche, il diavolo è nelle piccole cose. Come chiudere? Da dove? Qual è la massa?
Va notato subito che il nostro sole non diventerà mai un buco nero. Ciò richiede una massa dell'ordine di grandezza maggiore del sole: 10-15 volte. Quindi ci sarà un collasso gravitazionale, sotto l'influenza della gravità, la materia collassa letteralmente in un punto. Un fenomeno simile è al centro delle bombe all'idrogeno e nella teoria della fusione termonucleare fredda, a meno che la gravità non giochi un ruolo diverso. Inoltre, altre stelle nelle galassie vicine non sono adatte al ruolo di potenziali buchi neri. La maggior parte di loro sono nane rosse e hanno una massa dell'8-60% del nostro Sole.
Rimangono due opzioni: o un buco nero appare spontaneamente nelle nostre vicinanze o proviene dal nulla. Ma il primo, nonostante le proteste contro la ricerca al Large Hadron Collider, è impossibile (spiegheremo il motivo più avanti).
Per quanto riguarda il secondo, astronomi e astrofisici hanno confermato l'esistenza di circa 2.000 buchi neri erranti, ma le probabilità che uno di loro ci raggiunga sono prossime allo zero. E come ha sottolineato lo scrittore Douglas Adams:
“Il cosmo è fantastico. Semplicemente non puoi realizzare quanto sia incredibilmente e strabiliante. Voglio dire, può sembrare una lunga strada verso la farmacia, ma per gli standard di spazio, questi sono semi."
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Ciò significa che la probabilità di un tale evento è troppo interessante per non considerarla più vicina.
Influenza dei buchi neri sullo spazio e sul tempo
Se guardi un buco nero da una certa distanza, sembrerà un qualsiasi altro oggetto massiccio. Finché è proprio di fronte a te, obbedisce alle leggi della meccanica classica e alla legge di gravità universale di Newton, che afferma che l'attrazione tra due oggetti è proporzionale alla loro massa e diminuisce con l'aumentare della distanza. In altre parole, non c'è differenza gravitazionale tra R136a1, una nana "blu" del peso di 265 soli, e un buco nero dello stesso peso.
Avvicinati al buco nero per entrare nel suo campo gravitazionale e ti troverai di fronte a due diverse serie di regole. Con la teoria della relatività generale di Einstein, che consente ai buchi neri di deformare lo spazio e il tempo, e la gravità estrema, che porta questa deformazione all'estremo.
Se vuoi studiare un buco nero senza uscire da un'astronave, scoprirai che più ti avvicini al centro dell'immensa massa, più i tuoi motori si sforzeranno per mantenerti in un'orbita circolare. All'inizio, piccoli impulsi del razzo lo stabilizzeranno; ma più vai avanti, più energia dovrai spendere per non lasciare l'orbita. Di conseguenza, solo il funzionamento ininterrotto dei motori a razzo ti separerà dal nulla che consuma tutto.
Non appena finisci il carburante (o impazzisci e spegni i motori), attraverserai l'orizzonte degli eventi del buco nero, il confine da cui nemmeno la luce può tornare. Dopodiché, dovrai rispondere di tutti i tuoi peccati. Niente fermerà l'inesorabile movimento verso la singolarità - il nucleo dello spazio e del tempo infinitamente compressi, dove la fisica, come la conosciamo, si rannicchia in una palla e si lamenta.
Il tempo rallenterà man mano che avanzi. Molto. Dal tuo punto di vista, non cambierà nulla, ma i tuoi amici che guardano il tuo trucco vedranno come un fulmine sfocato. Ma solo all'orizzonte degli eventi: la luce non va oltre, il che significa che nessuno può vederti. Crimine perfetto, non è vero?
Le distorsioni temporali gravitazionali sono abbastanza comuni, ma troppo deboli per essere notate. Sulla Terra, ad esempio, dopo aver vissuto un miliardo di anni al livello del mare, sarai un secondo più giovane del tuo coetaneo che viveva sulla vetta dell'Everest. Dicono che il tempo abbia paura delle piramidi, ma devi passare troppo tempo appoggiandoti la guancia contro di essa per sentire il rallentamento del tempo a Parigi.
Il tempo gira in un buco nero. Quando diciamo che non si può evitare di cadere in una singolarità, significa non solo l'azione inesorabile della gravità o la distorsione dello spazio. Il tempo in un buco nero si restringe al punto che il percorso verso la singolarità diventa letteralmente il tuo futuro. Sfuggire alla singolarità sarà come cercare di fermare il tempo.
Vuoi sapere cosa succederà nel nostro sistema solare se riuscirà a entrare in un tale vortice di forze? Continuare a leggere.
Giorno del giudizio
Supponiamo che un buco nero sia intrappolato in un sistema binario che abbraccia una stella che sta per diventare una supernova. All'improvviso accade, il gigante gravitazionale spara nella nostra direzione a una velocità di decine e centinaia di chilometri al secondo. Come lo sappiamo?
La risposta è semplice: non lo sapremo fino a quando non entrerà in collisione con qualcosa, poiché l'enorme gravità dei buchi neri non rilascia nemmeno luce. Quindi, invece di cercare di trovare pepe nero su un tappeto nero, diamo un'occhiata ad alcuni modi che ci aiuteranno a identificare direttamente un buco nero.
In primo luogo, la materia lacerata dal buco nero emetterà radiazioni mentre il disco di accrescimento ruota. Lo spazio intorno risplenderà come una collana di lanterne di Capodanno indossata da un gatto (strana fantasia, ma così sia).
In secondo luogo, la distorsione dello spazio attorno ai buchi neri può essere rilevata con metodi terrestri. Si tratta di lenti gravitazionali, come previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein. L'effetto si manifesta vicino a oggetti massicci ed è registrato dagli astronomi.
Ma anche in condizioni ideali, trovare un buco nero in questo modo sarà più difficile che trovare le pulci su un cane maculato di notte con un binocolo. Con una benda sull'occhio. Per una lente gravitazionale di successo, un buco nero deve passare tra noi e la stella. E dopo dobbiamo ancora essere fortunati.
Inoltre, un buco nero può farsi sentire se interagisce gravitazionalmente con oggetti celesti come pianeti, stelle, asteroidi e comete, il che ci porta ancora una volta alla domanda chiave: quanto vicino sarà localizzato il nostro ipotetico buco nero, annidato nel vicinato?
Ovviamente, più ci si avvicina, più è pericoloso. Man mano che le orbite dei pianeti e delle lune si avvicinano, balleranno salsa come un passero intrappolato nella tela di un ragno, trascinando orbite storte e interrompendo l'ordine che hanno cercato di mettere insieme dai tempi di Niccolò Copernico.
Qui sulla Terra, il flusso e il riflusso e il colore del cielo cambierebbero. Se la gravità, come ordinato da Zhirinovsky, sposta l'orbita del pianeta più lontano dal Sole, lo avvicina, lo rende più ellittico, nel migliore dei casi soffriremo di sbalzi di temperatura e stranezze con le stagioni. Nel peggiore dei casi (oltre a diventare parte di un buco nero), la Terra può cadere nel Sole o intraprendere un lungo viaggio nelle profondità dello spazio, condannandoci tutti alla fredda morte.
Il famoso astrofisico Neil de Grasse Tyson una volta espresse succintamente i problemi che sorgerebbero se un "ospite nero" partisse nelle vicinanze:
"Se visitiamo un buco nero, il sistema solare avrà una brutta giornata".
Bene, non spostiamoci da un piede all'altro davanti all'orizzonte degli eventi e tuffiamoci finalmente.
Contatto: buone e cattive notizie
C'è una parola di sei lettere in russo che descriverebbe meglio ciò che ci aspetta. Chiamiamolo semplicemente destino. Gli scienziati hanno imparato a dividere per zero e siamo finiti in un buco nero. Anche Bruce Willis con un coraggioso equipaggio di operai petroliferi, appositamente addestrati a Chelyabinsk, non ci avrebbe salvati.
Se un buco nero apparisse nelle vicinanze di Nettuno, lo sentiremmo immediatamente. Gli scienziati conoscono così bene l'orbita di Nettuno che possono persino rilevare una deviazione di 1 secondo d'arco (un'unità di misura angolare). Un normale buco nero con una massa di dieci soli, che volasse a una velocità di 300 km / s, emetterebbe un altro decimo di anno luce.
Ed ecco l'ultima buona notizia: un buco nero di queste dimensioni ci darà almeno 100 anni per completare i nostri affari terreni. Forse un pericolo di questa portata metterà fine a tutte le guerre terrene o ne inizierà una globale. Forse l'umanità avrà il tempo di autodistruggersi da sola, non appena scoprirà che tra cento anni - tutto, kaput. Non importa ancora. Se la buca si muove più lentamente, il tempo di attesa fatale aumenterà di dieci volte. E poi dovrebbe esserci abbastanza tempo per costruire un'arca o raccogliere una valigia planetaria con le cose.
Mentre si avvicina a Nettuno, la morte nera fa uscire il gigante gassoso dall'orbita. Il pianeta inizia a comportarsi in modo strano: mentre si allontana da noi, si verifica uno spostamento verso il rosso: la lunghezza d'onda della sua radiazione, compresa la luce, entra nello spettro rosso. Non appena Nettuno si trova dietro il buco nero, la lente gravitazionale viene tirata sopra la sfera nera e scorre intorno ad essa. Quando il pianeta appare di nuovo, già di fronte a noi, i suoi colori subiscono uno spostamento blu - la lunghezza d'onda va a questa estremità dello spettro.
Lo spostamento rosso e blu, di regola, è una conseguenza della rimozione o dell'avvicinamento di un oggetto stellare in relazione a noi. Sembra l'effetto Doppler durante un giro in ambulanza vicino a noi.
Allo stesso tempo, mentre il buco nero "mangia" il pianeta, il gas turbinerà in una spirale gravitazionale, come lo zucchero durante la creazione dello zucchero filato. Dal nostro punto di vista, la spirale andrà per sempre nell'orizzonte degli eventi. Ma la luce emessa dalla morte di Nettuno verrà riflessa dal buco nero in negativo, come la corona solare durante un'eclissi.
Più il buco nero è vicino alla Terra, più si manifesterà l'effetto di distorsione che lo circonda, come in uno specchio curvo. Tutti i telescopi vedranno solo il vuoto al centro del buco nero.
Se la nostra morte nera è un buco nero supermassiccio, la storia finirà già: il suo orizzonte degli eventi sarà cinque volte più grande del sistema solare. Ma questo è noioso. Vediamo come appare uno di questi mostri dall'interno.
Fine del mondo, o attraverso lo specchio
Ti arrampichi nella tana del coniglio sapendo che la tua conoscenza con lui sarà molto breve. Speriamo di avere il tempo di valutare almeno l'interno del buco nero. Fortunatamente per noi, ma sfortunatamente per il sistema solare, questo buco nero è supermassiccio. Abbiamo cambiato le regole, ma se non lo avessimo fatto sarebbe finita per qualche motivo.
In un piccolo buco nero - diciamo con una massa di 30 soli - le forze di marea causate da un aumento della gravità ci farebbero a pezzi molto prima di raggiungere l'orizzonte degli eventi. Ma la gravità è da qualche parte intorno a un milione di Terre. Per goderci la vittoria - dopotutto siamo arrivati all'orizzonte degli eventi - non avremo nemmeno 0.0001 secondi.
Un'esperienza molto diversa ci attende in un buco nero supermassiccio con una massa di 5 milioni di soli, come quello al centro della nostra galassia. Qualsiasi buco nero che abbia assorbito una massa di oltre 30mila soli ha forze di marea con gravità inferiore a una Terra sull'orizzonte degli eventi. Avremo 16 secondi per guardarci intorno (e cambiare le regole del gioco) prima di raggiungere il punto di singolarità. Più massa, più tempo.
Cadere nell'orizzonte degli eventi è come addormentarsi o innamorarsi: è difficile stabilire un punto di partenza per quando questo accadrà, ma in seguito il tuo senso della realtà sarà completamente diverso. In un buco nero vedrai le stelle (la luce entra, ma non viceversa), ma lo spazio intorno a te assomiglierà a una bolla di sapone.
Ebbene, dopo essere stato schiacciato nel nulla, ti troverai in un punto di curvatura infinita, dove il tempo e lo spazio che conosciamo giungono al termine.
Ilya Khel
