Mitä tapahtuu, jos joudut mustaan aukkoon?
Mustat aukot vaikuttavat tieteiskirjallisuudesta, mutta todellisuus on vielä omituisempi
Lue lisää mustista aukoista
Musta aukko on aika-avaruuden alue, joka on painovoiman vaikutuksesta niin kaareva, ettei edes valo pääse pakoon sitä.
Uudessa kirjassaan Mustat aukot , tähtitieteilijä tohtori Ed Bloomer selittää yksinkertaisin sanoin, kuinka mustat aukot muodostuvat, mitä niiden sisällä on - ja mitä tapahtuisi, jos joskus olisit epäonninen joutuaksesi niihin.
Tässä erityisessä otteessa Ed kuvaa omituista 'spagettimuodostuksen' prosessia...
Tilaa tohtori Ed Bloomerin Black Holes
Mustaan aukkoon putoaminen
Yksi yleisimmistä tähtitieteilijöiden kysymyksistä on: mitä tapahtuu, jos joudun mustaan aukkoon?
mikä on greenwich
Se, miksi se näyttää aidosti huolestuttavalta niin monille ihmisille, jää tämän artikkelin ulkopuolelle, mutta sen vakavasti harkitseminen on melko hyvä tapa saada käsitys siitä, miten mustat aukot toimivat.
Oletetaan, että olet tutkinut galaksia ja tullut hieman liian lähelle mustaa aukkoa huomaamattasi.
Minä, selvästi järkevämpi, olen pysynyt melko kaukana kaukaisella avaruusasemalla, mutta olen valmis auttamaan, jos voin! Ja koska olen antelias ja järkevä, annoin sinulle hämmästyttävän avaruusaluksen, joka pystyy melkein mihin tahansa. Kysymys kuuluu, tahtoa melkein olla tarpeeksi?
Meidän tilanteessamme 'liian lähellä' tarkoittaa, että et voi asettaa itseäsi vakaalle kiertoradalle, joten joudut käyttämään energiaa kiertoradan ylläpitämiseen. Olet ylittänyt sisin vakaa ympyrärata tai ISCO. Ei hätää, avaruusaluksessasi on tehokkaat ja tehokkaat moottorit.
Kuva
Valitettavasti myös muuta tavaraa ajautuu kohti mustaa aukkoa. Kaasumolekyylejä, vähän pölyä, ehkä joitain muita onnettomia ilman yhtä hyvää avaruusalusta kuin sinulla. Olet huomannut kuuluvasi osaksi akkretion levy putoavaa materiaalia, eikä se ole niin kollegiaalista kuin miltä se kuulostaa.
Vaikka tämä materiaali ei ole osa itse mustaa aukkoa, se lämpenee kitkan vaikutuksesta ja tuottaa sähkömagneettista säteilyä ja se putoaa edelleen sisäänpäin.
Säteilyn aallonpituus ja intensiteetti riippuvat sen massasta, johon olet kiertymässä – esimerkiksi prototähtien akkretaatiokiekot säteilevät infrapunassa, mikä ei ehkä ole huono asia, koska tuo emissio on melko matalaenergiainen. Mutta mustien aukkojen tapauksessa painovoima ja kitka riittävät räjäyttämään sinut korkean energian röntgen- tai gammasäteillä. Anteeksi!
Taiteilijan konsepti NASA/JPL-Caltechin luvallaKoska levy on litteä ja liikkuu mustan aukon päiväntasaajan ympärillä, saatat yrittää päästä kiekon 'yläpuolelle' tai 'alapuolelle', mutta sinut vedetään takaisin linjaan. Et ole edes saavuttanut outoja asioita – tämä on melko perinteistä mekaniikkaa – vaikka saatat jo tajuta, että olet vaikeuksissa.
On luultavasti aika alkaa signaloida apua, joten lähetät radiosignaalin kaukaiselle avaruusasemalle, josta tarkkailen asioita parhaani mukaan. Oikeasti, mitä voin tehdä?
Kun tulet lähemmäksi mustaa aukkoa, lähettämäsi signaalit lisääntyvät painovoiman punasiirtymä kun fotonit nousevat ulos painovoimakuopasta. Avaruusasema kirjaimellisesti vastaanottaa eri aallonpituuksia kuin sinä lähetät, mutta samalla kun viritän uudelleen vastaanottimia, olet yhä enemmän huolissasi avaruusalukseen vaikuttavista vuorovesivoimista.
Gravitaatiogradientti lähestyttäessä mustaa aukkoa on yhä jyrkempää, joten ero mustaa aukkoa lähempänä olevien ja kauempana olevien avaruusaluksen osien painovoiman välillä kasvaa.
Alat venyä ja vastustat venymistä avaruusaluksenne muodostavan materiaalin lujuudella. Mutta äärimmäisissä tilanteissa vuorovesivoimat erottavat sinut toisistaan, prosessi tunnetaan nimellä spagettimuodostusta .
Kuva
Mitä on spagettiminen?
Astrofysiikassa spagettisaatio on voimakkaiden gravitaatiokenttien aiheuttama vuorovesivaikutus. Kun esimerkiksi putoaa kohti mustaa aukkoa, esine venytetään mustan aukon suuntaan (ja puristuu kohtisuoraan siihen nähden putoaessaan). Itse asiassa esine voidaan vääristää pitkäksi, ohueksi versioksi sen vääristymättömästä muodosta, ikään kuin venytettynä kuin spagettia.
Kaavion kaareva viiva edustaa osaa mustan aukon pinnasta. Vasemmanpuoleisessa piirustuksessa astronautin korkeus ja leveys vastaavat odotuksia. Kun ne siirtyvät lähemmäs mustan aukon keskustaa, ne kokevat lievää puristusta vaakasuunnassa ja venymistä pystysuunnassa. Oikeanpuoleisessa kuvassa ne ovat vielä lähempänä ja niiden muodon puristuminen ja venyminen ovat vieläkin dramaattisempia.
Spagetti ei ole väistämätöntä. Eri massaisilla mustilla aukoilla on erilaiset gradientit, joten supermassiivisilla mustilla aukoilla on täysin mahdollista ohittaa tapahtumahorisontti ilman haittavaikutuksia. Jälleen, tämä ei tarkoita, etteikö gravitaatiovoima olisi vahva, vaan että gradientti ei ole liian äärimmäinen. Oletetaan, että näin on.
milloin transatlanttinen orjakauppa loppui
Valitettavasti myös muita asioita näyttää putoavan mustaan aukkoon.
Vaikka pieni seura saattaa tuntua tervetulleelta, putoavat hiukkaset kiertyvät mustaan aukkoon myrskyisessä virtauksessa hankautuen toisiaan vasten. Kuten olemme nähneet, muodostunut akkretion kiekko säteilee tämän kitkan takia säteilyä ja painovoiman suunnattoman vetovoiman vuoksi hiukkaset kiihtyvät jopa merkittäviin valonnopeuden murto-osaan.
Tuloksena on erittäin energistä säteilyä, mukaan lukien voimakkaat röntgensäteet. Musta aukko voi jopa tuottaa tiukasti fokusoituja astrofysikaalisia ionisoituneen aineen suihkuja (riittävän tehokkaita ja riittävän suuria nopeuksilla, jotta niitä voidaan kutsua relativistisiksi suihkuiksi).
Jet-säteet voivat ulottua miljoonien valovuosien päähän, joten toivottavasti olisimme huomanneet ne aiemmin. Ne ovat myös monimutkaisia asioita, joihin liittyy vastaamattomia kysymyksiä, joten emme käsittele niitä liikaa. Merkittävää on, että ne ovat linjassa pyörimisakselin kanssa, kun taas me lähestymme sitä lähes kohtisuorassa akkretiolevyssä. Sinulla on tarpeeksi huolehdittavaa, joten oletetaan, että suihkukoneet eivät ole ongelma.
Itse asiassa oletetaan, että olet putoamassa muuten täysin hiljaiseen mustaan aukkoon, eikä siellä ole suihkuja tai akkretiolevyä. Nyt alkaa todellinen hauskuus.
(Muuten, olen tarpeeksi iloinen voidessani tehdä kaikki nämä oletukset, mutta on syytä huomata, kuinka monta me teemme vain, jotta mustan aukon 'tavallinen' mekaniikka ei tuhoaisi meitä!)
Mustan aukon painovoima vääntää itse aika-avaruutta. Meidän tapauksessamme olemme kiinnostuneita prosessista, joka tunnetaan nimellä ajan laajeneminen , toinen relativistinen vaikutus. Se on erityisen monimutkainen asia, joten käsittelemme sitä tässä kevyesti. Mutta silti, jos haluamme kuvata sen vaikutuksia, meidän on oltava varovaisia näkemyksemme suhteen. Asiat näyttävät aivan erilaisilta eri asennoissa oleville tarkkailijoille.
Oletetaan, että olen edelleen sillä kaukaisella avaruusasemalla, jolle ilmoitit apua. Ajan dilataatio tarkoittaa, että minun näkökulmastani alat itse asiassa hidastua, kun putoat mustaan aukkoon. Minun osalta aika kuluu kirjaimellisesti hitaammin sinulle kuin minulle.
Laskelmieni mukaan ajankulusi pysähtyy, kun lähestyt tapahtumahorisonttia.
Muista, että minun on yhä vaikeampi edes havaita sinua, koska radiosignaalisi ja kaikki muut lähettämäsi fotonit venytetään yhä pitemmille aallonpituuksille. Sillä välin koet ajan kuluvan normaalisti.
Odota, eikö aika… aika? Miten voimme kokea sen niin eri tavalla?
No, itse aika virtaa eri vauhtia riippuen siitä, mitä tapahtuu. Nämä eivät ole puhekuvioita: esineet liikkuvat sisään aika-avaruus eri nopeuksilla (ei vain niiden nopeuteen liittyvissä normaaleissa kolmessa ulottuvuudessa, kuten me sen normaalisti ymmärrämme, vaan myös ajassa). Huomaamme todella vaikutukset suunnittelemamme äärimmäisen tilanteen vuoksi, mutta suuremmassa tai pienemmässä määrin näitä vääristymiä tapahtuu missä tahansa.
kuun halkaisija maileina
Jos kaikki muu olisi hyvin, ohittaisit vain tapahtumahorisontin ja jatkaisit kohti singulaarisuutta. Tietenkin sanat 'hieno' ja 'yksinkertaisesti' tekevät paljon työtä täällä!
Mitä tapahtuu mustan aukon 'ulkopuolella' sen ollessa käynnissä? Valitettavasti minun on täytynyt luopua siitä, että pystyisin tavoittamaan sinut tai jopa saamaan sinulta signaalin. Olet ohittanut pisteen, josta ei ole paluuta.
Sinun näkökulmastasi katsottuna ei ole enää 'ulkopuolta', mihin päästä, koska jokainen suunta johtaa sinut kohti mustan aukon keskustaa. Minun näkökulmastani ja kaikissa tarkoituksissasi olet lakannut olemasta.
Tästä syystä mustat aukot ovat vain... loppu, sekä tilassa että ajassa.
Käytännössä tapahtumahorisontin ylittävillä asioilla ei ole enää merkitystä universumissa. He eivät voi viestiä kenellekään ja päinvastoin. Ja kun sanomme signaali, emme tarkoita johdonmukaisen viestin lähettämistä. Tarkoitamme yksinkertaisesti kaiken tiedon välittämistä.
kuinka kaukana maasta kuuhun
Kuvittele, että olet tähtitieteilijä, joka istuu laboratoriossa hämmästyttävän herkän ilmaisimen vieressä, joka jotenkin reagoi yksittäiseen, minkä tahansa aallonpituuden omaavaan fotoniin, joka säteilee mustan aukon tapahtumahorisontin takaa. Kun se tapahtuu, se laukaisee korvia halkaisevan sireenin, joten et varmasti jää huomaamatta.
Mutta päivästä toiseen, vuodesta toiseen, ei tule olemaan vain hiljaisuutta. Mitä tulee ilmaisimeen, siellä ei yksinkertaisesti ole mitään. Täysin tyhjä tieto.
Yhteenvetona: älä mene lähelle mustia aukkoja!
Mustan aukon sanasto – mitä nämä termit tarkoittavat?
Kasvulevy Dynaaminen levymäinen materiaalirakenne, joka kiertyy kohti massiivista esinettä, kuten mustaa aukkoa. Asiat, kuten pöly- ja kaasumolekyylit, jotka törmäävät tai hankaavat toisiaan vasten kierteessä sisäänpäin, voivat lähettää säteilyä, jota voidaan sitten käyttää avaruuden kartoittamiseen lähellä mustan aukon tapahtumahorisonttia, vaikkakaan ei sen sisällä.
Gravitaatio punasiirtymä kuvaa prosessia, jossa fotonit joutuvat 'kiipeämään' massiivisen esineen painovoimakuopasta menettäen energiaa ja siirtymään pidemmälle aallonpituuksille. Siten kohteesta säteilevä valo vastaanotetaan eri aallonpituuksilla (tai taajuuksilla) riippuen vastaanottimen sijainnista emitteriin nähden.
Innermost Stable Circular Orbit (ISCO) Esineet eivät voi ylläpitää vakaita kiertoratoja kaikilla etäisyyksillä mustasta aukosta. ISCO-raja merkitsee kynnystä, jossa radat muuttuvat epävakaiksi ja esineet liikkuvat liikeradalla edelleen kohti mustaa aukkoa. Rajan sijainti riippuu mustasta aukosta.
Osta kokoelma
Myymälä Royal Observatory Greenwich Illuminates: The Sun, kirjoittanut Brendan Owens 9,99 £ Tutustu ovellamme olevaan tähteen kartoittamalla matkaa muinaisesta taikauskosta syviin tieteellisiin mysteereihin, joita ei ole vielä ratkaistu... Osta nyt 
Myymälä Tohtori Ed Bloomerin Royal Observatory Greenwich Illuminates: Black Holes 9,99 £ Mustat aukot ovat usein fiksuja juonivälineitä tieteisfiktioelokuvissa, mutta nämä omituiset esineet ovat todellisia, vaikka niitä onkin helvetin hankala käsittää... Osta nyt 
Myymälä Royal Observatory Greenwich valaisee: Dhara Patelin avaruustutkimus 9,99 puntaa Avaruus on paljon suurempi kuin ihmiskunta voi kuvitella. Vaikka esi-isämme tutkivat visuaalisesti taivasta ymmärtääkseen maailmankaikkeuden, vuosisatojen ajan avaruustutkimus sen varsinaisessa merkityksessä on vain hetki tällä historiallisella aikajanalla, mutta näin olemme merkittävästi parantaneet ymmärrystämme kosmoksesta... Osta nyt 
Planetaario Planetaarioesityksiä ja tapahtumia Pois tästä maailmasta Tähtien katselu ja tähtitieteen esityksiä koko perheelle Varaa nyt 
Vieraile kuninkaallisessa observatoriossa Vieraile Greenwichin keskiajan (GMT), maailman päämeridiaanin ja Lontoon ainoan planetaarion kotipaikalla. Lue lisää 
Näyttely Tähtitieteellinen Vuoden valokuvaaja -näyttely Näe maailman suurin avaruusvalokuva National Maritime Museumissa VisitPääkuva: NASA Goddard