Чёрная дыра - область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света [1, c. 74]. У черных дыр очень интересные свойства. После коллапса звезды в черную дыру ее свойства будут зависеть только от двух параметров: массы и углового момента вращения. То есть, черные дыры представляют собой универсальные объекты, их свойства не зависят от свойств вещества, из которого они образованы. При любом химическом составе вещества исходной звезды свойства черной дыры будут одними и теми же. То есть, черные дыры подчиняются только законам теории гравитации - и никаким иным. Согласно теории Эйнштейна, черная дыра представляет собой бездонный провал в пространстве-времени, падение в который необратимо. С какими эффектами столкнется частица, если будет находиться вблизи черной дыры? Для более наглядного примера за частицу будем принимать человека.
Аккреционный диск- это то же самое, что и кольца у Сатурна, только скорость вещества в них 1000 км/с. И из-за интенсивного трения оно начинает светиться во всем диапазоне электромагнитных волн, вплоть до рентген. Из-за искривления пространства времени вид диска искажается. Так что видна даже его часть, находящаяся за дырой.
Аберрация. При свободном падении скорость у человека будет все больше и больше. В какой-то момент будет казаться, что черная дыра не приближается, а удаляется, но это всего лишь иллюзия.
Фотонная сфера. На расстоянии от центра в 1,5 радиуса Шварцшильда пространство искривлено уже так сильно, что свет там движется вокруг по замкнутой траектории и получается, что можно увидеть себя с затылка.
Спагеттификация. Чем ближе к центру черной дыры, тем сильнее будет разница в силе притяжения на уровне ног и головы. Соответственно, гравитация в падении будет растягивать человека как макаронину. Если падать в черную дыру Звездной массы, то это разорвет еще на подлете к ней. Если в Сверхмассивную – то поле у ее границы нарастает слабо, поэтому можно спокойно пересечь горизонт событий. При этом человек может ничего не почувствовать, и, возможно, еще несколько минут или даже дней лететь до сингулярности.
Разберем падение частицы в Сверхмассивную черную дыру. Во время падения со стороны будет казаться, что часы у падающего человека идут все медленнее. Скорость уменьшается, в итоге можно увидеть картинку, где человек завис ненадолго на горизонте событий. При этом отраженный свет все сильнее смещается в Красную область Спектра. Потом в Инфокрасную и так далее. В итоге человека видно не будет. Однако для самого человека должно казаться наоборот. Собственное время никак не изменяется, не искажается, а вот внешнее должно ускориться и это действительно работает, если находиться около черной дыры, а потом вернуться обратно. Но, к сожалению, такой исход событий не возможен. Дело в том, что при свободном падении в черную дыру можно разогнаться до гигантской скорости, близкой к световой. И получается, что вселенная очень быстро удаляется от человека. Так что возникает еще один эффект: замедление времени из-за скорости. Наверное, самый известны в специальной теории относительности. Из-за гравитации время ускоряется, а из-за скорости удаления - замедляется. Эффекты накладываются и расчеты показывают, что они компенсируют друг друга. Из-за начальной скорости падения один эффект может показаться чуть-чуть сильнее, чем другой.
Таким образом, изучение движения частиц в поле черной дыры представляют собой увлекательную область исследований в современной астрофизике. Взаимодействие частиц с гравитационным полем черной дыры порождает уникальные эффекты гравитационного линзирования и временного растяжения.
Список литературы
- Владимиров Юрий Сергеевич Классическая теория гравитации: Учебное пособие. — М.; Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. — 264 с.
- Петров А. В., Соколов А. И. Теоретическая астрофизика. М.: Высшая школа, 2012 г.
