Миф о черных дырах развенчан: они не поглощают объекты, а трансформируют их в спагетти.

Черные дыры являются наиболее плотными объектами во Вселенной. Хотя они обладают колоссальной гравитационной силой, они не "всасывают" материю так же, как это делают нейтронные звезды или обычные звезды. Ключевым фактором здесь является гравитация. Несмотря на распространенные заблуждения о черных дырах, которые якобы поглощают все вокруг, их функционирование совершенно иное, как отмечает астрофизик Итан Сигел в статье для Big Think.

Что такое черные дыры?

Черные дыры представляют собой огромное количество массы, сосредоточенной в крайне малом объеме, и их внутренности неизбежно сжимаются до сингулярностей, окруженных горизонтом событий, из которого ничто, даже свет, не может выбраться. Если частицы материи или излучения пересекают горизонт событий, они попадают в центральную сингулярность, что приводит к увеличению массы черной дыры.

Существует мнение о том, что черные дыры поглощают любую окружающую материю. Однако это не соответствует действительности и полностью искажает принципы работы гравитации.

После образования черной дыры в результате гибели массивной звезды или столкновения двух нейтронных звезд, накопленная масса в сжатом объеме пространства образует горизонт событий. Пересечь его невозможно, и если вы попадаете внутрь, вы неизбежно столкнетесь с центральной сингулярностью.

Приливные силы: как действует Луна

Поскольку черные дыры являются очень массивными объектами, при приближении к одной из них вы начинаете ощущать значительные приливные силы, действующие на вас. Примером приливных сил может служить взаимодействие Луны и Земли, когда Луна притягивает океаны нашей планеты и возникают приливы. Однако Луна оказывает различное гравитационное воздействие на разные части Земли.

Чем ближе вы находитесь к массивному объекту, тем сильнее гравитация, действующая на вас. На поверхности Земли вас притягивает к центру планеты с ускорением 9,8 м/с². Но на высоте около 6371 км, что составляет половину диаметра Земли, сила гравитации, действующая на вас, будет равна ¼ от той, что существует на поверхности нашей планеты, и вас будет тянуть вниз со скоростью 2,45 м/с².

Можно предположить, что чем ближе вы находитесь к массивному объекту, тем сильнее становятся приливные силы. Это действительно так, но приливные силы увеличиваются даже быстрее, чем сила гравитации. Если бы расстояние до Луны уменьшилось вдвое, приливные силы были бы не в четыре раза сильнее, а в восемь раз.

Спагеттификация рядом с черной дырой

Черные дыры способны создавать самые мощные приливные силы во Вселенной. Поэтому, когда вы приближаетесь к черной дыре, ваше тело подвергается процессу спагеттификации, то есть растягивается в тонкую, напоминающую спагетти форму из-за экстремальных приливных сил. Это явление порождает заблуждение, что черные дыры могут затянуть человека, поскольку приливные силы и гравитация колоссальны.

Тем не менее, представление о том, что вас затянет в черную дыру, не имеет под собой реальной основы. Это всего лишь заблуждение о том, как функционируют черные дыры. Каждая отдельная частица, из которой состоит любой объект вблизи черной дыры, будет подвержена влиянию ее гравитации. Но эти частицы по-прежнему подчиняются тем же законам физики, что и все другие объекты, включая законы физики, возникающие из-за гравитационного искривления пространства-времени, описываемого общей теорией относительности.

В рамках общей теории относительности пространство искривляется под воздействием всех форм энергии, включая массу. Также справедливо, что черные дыры представляют собой самые высокие концентрации массы, обнаруженные в Вселенной. Но плотность любой массы, искривляющей пространство, не имеет значения для того, как именно искривляется пространство, пока объект находится вне физической массы, которая искривляет само пространство.

Если бы Солнце заменили на белый карлик, нейтронную звезду или черную дыру с той же массой, что и Солнце, то гравитационная сила, действующая на Землю, не изменилась бы. Только общая масса искривляет пространство вокруг вас, плотность почти не влияет на это.

Масса имеет значение

На большом расстоянии черная дыра ведет себя так же, как и любая другая масса во Вселенной. На значительных расстояниях важна только масса. То, как эта масса распределена, оказывает незначительное влияние как на гравитационные, так и на приливные силы. Только при приближении к объекту вы начинаете замечать, как черная дыра отличается от других масс, и как кривизна пространства-времени отличается от предсказаний ньютоновской гравитации. Но даже вблизи черной дыры вы увидите, что она просто действует как притяжение, и объекты, приближающиеся к ней, имеют те же орбиты, которые они обычно имели бы вокруг другой массы.

Из-за значительных приливных сил, возникающих при движении близко к большой массе, приближающиеся объекты часто разрываются гравитацией черной дыры. Это событие называется приливным разрушением. Материя, которую разрывает черная дыра, часто оказывается собранной вокруг нее в аккреционном диске. Только часть материи из этого диска будет поглощена черной дырой, а остальная будет выброшена в космос в виде струи.

Черные дыры не поглощают ничего

Черные дыры не поглощают ничего. Это просто гравитация. То есть средняя гравитационная сила, действующая на центр масс объекта, и приливные силы, которые растягивают, сжимают и разрывают объект вокруг его центра масс.

Черные дыры поглощают материю, которая подвергается гравитационному падению из-за массы черной дыры, ее небольшого размера и близкого расположения падающего объекта к горизонту событий. Сочетание приливных сил и материи, уже находящейся вокруг черной дыры, действительно может разорвать внешние объекты, но лишь небольшая часть разорванных частиц попадет в саму черную дыру.

Только малое количество материи, которая попадает внутрь горизонта событий, заставляет черные дыры расти и накапливать общую массу. Если бы мы заменили любую массу во Вселенной черной дырой эквивалентной массы и убрали бы весь материал вокруг нее, мы бы обнаружили, что очень мало массы в конечном итоге попало бы в черную дыру. Ничто из этого не было бы "поглощено", и только базовая гравитация привела бы к тому, что какая-либо масса вообще попала бы в черную дыру.

По сравнению с тем, что реально попадает в горизонт событий в нашей физической реальности, предполагаемые эффекты "поглощения" нигде не наблюдаются. Идея о том, что черные дыры поглощают что-либо, вероятно, является самым большим мифом о черных дырах. Они растут исключительно благодаря гравитации, и ничего больше. Во Вселенной этого более чем достаточно, чтобы объяснить все наблюдаемые явления.