Космический симуляторУпасть в чёрную дыру

Что будет, если упасть в чёрную дыру? Шаг за шагом за горизонт событий

Опубликовано · Космический симулятор

Чёрная дыра — это место, где гравитация так сильна, что начиная с определённого расстояния ничто не может выбраться обратно, даже свет. Эта граница называется горизонтом событий. Так что же на самом деле произойдёт с вами, если вы туда упадёте?

Неожиданный ответ: почти всё зависит от того, насколько велика чёрная дыра. Рядом с маленькой вас разорвёт задолго до того, как вы к ней приблизитесь. Рядом с гигантской вы можете пересечь точку невозврата, вообще ничего не почувствовав. Давайте проследим падение шаг за шагом, на настоящих чёрных дырах и с настоящими числами.

Три настоящие чёрные дыры, в которые можно упасть

Радиус горизонта растёт прямо пропорционально массе: примерно 2,95 км на каждую массу Солнца (радиус Шварцшильда, 2GM/c²).

Шаг 1: приближение — небо начинает изгибаться

Задолго до того, как с вашим телом что-то случится, вы заметите, как изменился вид. Чёрная дыра отклоняет свет вокруг себя, поэтому звёзды за ней размазываются в дуги и кольца. Тёмный диск, который вы видите, — тень чёрной дыры — примерно в 2,6 раза шире самого горизонта, потому что свет, проходящий слишком близко, захватывается. Это и есть тёмный центр внутри светящегося кольца на снимках Телескопа горизонта событий.

По мере падения тень занимает всё большую часть поля зрения, а искажённое изображение остального неба сжимается во всё меньшую.

Шаг 2: приливные силы и беда маленьких чёрных дыр

Убивает вас не сама гравитация, а разница гравитации по длине вашего тела. Ноги, которые ближе к чёрной дыре, притягиваются сильнее, чем голова. Такое растяжение называют спагеттификацией.

У маленькой чёрной дыры этот эффект жесток. Для чёрной дыры в 10 масс Солнца, как Gaia BH1, растяжение человека ростом 2 метра достигает примерно 100 g уже на расстоянии около 1 700 км от центра, далеко за пределами горизонта, а на горизонте вырастает примерно до 20 миллионов g. Вас растянет в поток атомов задолго до пересечения горизонта.

У сверхмассивной чёрной дыры приливные силы мягкие, потому что горизонт находится очень далеко от центра. На горизонте Sgr A* растяжение вашего тела составляет около одной десятитысячной g — намного меньше, чем вы ощущаете в лифте. У M87* оно ещё меньше.

Шаг 3: пересечение горизонта событий

Вот самое странное. Если вы падаете в Sgr A*, на горизонте не происходит ничего особенного. Нет ни стены, ни вспышки, ни указателя. Ваши часы идут как обычно, и ничего необычного вы не чувствуете. Горизонт — не предмет; это просто место, где все пути наружу повернули внутрь.

Друг, который наблюдает издалека, видит совсем другую историю. По мере вашего приближения к горизонту ваши сигналы приходят всё медленнее, становятся всё краснее и слабее. Он так и не увидит, как вы пересекаете горизонт: вы словно замираете и растворяетесь во тьме. Верны обе картины. Это и есть общая теория относительности.

Шаг 4: последние секунды

Внутри будущее указывает на центр, на сингулярность, так же неотвратимо, как завтра следует за сегодня. Включать двигатели бесполезно: так вы окажетесь там только быстрее.

Сколько у вас времени? При падении издалека по вашим собственным часам между пересечением горизонта и достижением центра проходит:

Под конец приливные силы неограниченно растут даже в гигантской чёрной дыре, и спагеттификация всё-таки вас настигает. Что происходит в самой сингулярности, неизвестно: там наши нынешние теории перестают работать.

Так маленькая или большая?

Если когда-нибудь придётся выбирать, выбирайте большую. Маленькая чёрная дыра разорвёт вас ещё снаружи горизонта. Сверхмассивная позволит пересечь точку невозврата невредимым, полминуты осматриваться и увидеть то, чего не видел никто.

Попробуйте оба варианта прямо сейчас в симуляторе «Падение в чёрную дыру»: он в реальном времени рассчитывает пути света и ход ваших часов для Sgr A*, M87* и Gaia BH1.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли выжить, упав в чёрную дыру? Ненадолго. У маленькой чёрной дыры приливные силы разорвут вас ещё до горизонта событий. У сверхмассивной, такой как Стрелец A*, можно пересечь горизонт невредимым, но после этого ничто не помешает вам достичь сингулярности примерно через полминуты.

Что такое спагеттификация? Растяжение тела приливными силами: гравитация тянет ближнюю к чёрной дыре часть вас сильнее, чем дальнюю, поэтому вас вытягивает вдоль направления падения и сжимает с боков.

Может ли что-нибудь вырваться после пересечения горизонта событий? Нет. Внутри горизонта любой возможный путь, даже путь света, ведёт внутрь. Именно это и определяет горизонт.

Сколько времени занимает путь до сингулярности? Это зависит от массы чёрной дыры. При падении издалека между горизонтом и сингулярностью Стрельца A* проходит около 28 секунд вашего собственного времени. Для чёрной дыры в 10 масс Солнца — около 66 миллионных долей секунды, для M87* — около 12 часов.

Исследуйте сами: Падение в чёрную дыру · Звук гравитационных волн · Какого размера звёзды? · Экзопланеты и Млечный Путь в 3D

Источники

Расчётные величины — учебные результаты для метрики Шварцшильда: радиус горизонта 2GM/c² (2,95 км на массу Солнца); приливное растяжение тела длиной L — 2GML/r³; время от горизонта до центра при падении издалека — (4/3)·GM/c³; радиус тени √27·GM/c², около 2,6 радиуса горизонта. Вращение немного меняет эти значения.