#Черная дыра

Визуальный опыт человека, падающего в черную дыру, будет радикально отличаться от повседневной физики — ничего подобного ни при каких других условиях увидеть просто невозможно. Разница между тем, что человек увидит перед собой и что сможет наблюдать за своей спиной — колоссальная. Однако в этой статье мы разберем, что можно было бы увидеть, обернувшись, потому что эта картина была бы особенно необычной.

В соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна, которая уже более века выдерживает всевозможные тесты, визуальный ряд будет меняться в зависимости от расстояния до горизонта событий и размера самой черной дыры.

На подходе к горизонту событий

При приближении к черной дыре внешняя Вселенная начинает визуально искажаться, так как колоссальная гравитация работает как линза: свет от далеких звезд изгибается вокруг дыры, огибая ее гравитационное поле.

Если в этот момент обернуться назад, наблюдатель увидит, что привычное звездное небо сжимается. Окружающее пространство темнеет, а свет всех звезд из покинутой Вселенной фокусируется гравитацией в яркое концентрическое кольцо, замыкающееся у него над головой. Эффект Доплера подскажет цвет этого кольца — красноватый. Связано это с тем, что наблюдатель стремительно удаляется от объектов позади себя.

Параллельно с этим в игру вступает эффект гравитационного замедления времени: собственные часы падающего идут нормально, но если смотреть на внешнюю Вселенную, кажется, что процессы в ней идут быстрее. Чем ближе наблюдатель к горизонту событий, тем сильнее ускоряется внешний мир. Таким образом, человек сможет в режиме реального времени наблюдать рождение звезд, их эволюцию, гибель, столкновение галактик и даже ускоренное космологическое расширение.

Пересечение горизонта событий

Горизонт событий — это точка невозврата, миновав которую, даже свет, имеющий предельную скорость во Вселенной, уже не может вырваться наружу.

Если человек падает в сверхмассивную черную дыру (массой в миллионы и миллиарды солнечных масс), приливные силы на горизонте событий будут относительно слабы. Поэтому наблюдатель пересечет эту границу живым и физически ничего не почувствует.

В случае с черной дырой звездной массы (несколько масс Солнца) приливные силы разорвут наблюдателя задолго до пересечения горизонта.

Находясь точно на горизонте событий и обернувшись назад, человек все еще будет видеть внешнюю Вселенную, так как свет снаружи продолжает беспрепятственно падать внутрь черной дыры, догоняя наблюдателя. Однако по мере падения внешний мир для наблюдателя будет сжиматься все сильнее, превращаясь в экстремально яркое пятно.

Внутри горизонта событий

После пересечения горизонта событий вступают в силу радикальные изменения геометрии пространства-времени. Внутри черной дыры пространственные и временные координаты фактически меняются местами.

Направление к сингулярности (центру дыры) перестает быть просто точкой в пространстве — оно становится неизбежным будущим во времени. Любая попытка затормозить или повернуть назад обернется неудачей, так как физически это будет эквивалентно попытке переместиться в прошлое.

Обернувшись внутри горизонта событий, человек все еще будет видеть свет внешней Вселенной, падающий вслед за ним. Но здесь в дело вступает турбулентность самого пространства-времени, и яркое пятно искажается, смешиваясь с излучением, попавшим в дыру ранее. Наблюдатель начинает видеть прерывистые вспышки и лучи света, движущиеся по искаженным траекториям.

Существует интересная гипотеза: из-за бесконечного ускорения времени внешнего мира обернувшийся наблюдатель, падающий в черную дыру, мог бы стать свидетелем всей оставшейся истории Вселенной вплоть до ее тепловой смерти. Правда, свет внешнего мира был бы сильно смещен в красную сторону спектра и ослаблен.

Приближение к сингулярности

На финальном этапе, при приближении к сингулярности, гравитационный градиент возрастает до критических значений. Разница гравитационного притяжения, действующего на ноги и голову наблюдателя, станет настолько огромной, что тело начнет стремительно растягиваться по вертикали и сжиматься по горизонтали. В физике этот процесс называют спагеттификацией.

Перед тем как приливные силы разорвут наблюдателя на субатомные частицы, внешняя Вселенная сожмется в бесконечно малую точку света.

Описать визуальный опыт наблюдения по достижении сингулярности невозможно, потому что там наша физика просто перестает работать.

Мощный джет (струя энергетической плазмы) порождается сверхмассивной чёрной дырой в ядре галактики и протягивается как минимум на 4900 св. лет. Кадр сделан телескопом "Хаббл".

Инструмент MUSE на Очень Большом Телескопе в чилийской пустыне Атакама запечатлел крупным планом мощнейший «галактический ветер» (по аналогии с солнечным ветром), испускаемый активным ядром галактики NGC 4945, - сверхдырой, пожирающей звезды и межзвездное вещество.

На изображении само активное ядро галактики закрыто пылью и газом, притянутыми гравитацией черной дыры, зато видны выбрасываемые сверхдырой яркие конусообразные струи вещества – галактический ветер. Эта плазма и пыль движутся так быстро, что покидают галактику и выбрасываются в межгалактическое пространство, - а еще, по какой-то неизвестной причине, ускоряются по пути.

«В результате материал для звездообразования выбрасывается из галактики. Так черные дыры контролируют судьбу своих галактик, снижая скорость рождения звезд. Это также показывает, что сверхмассивные черные дыры препятствуют собственному росту, удаляя часть газа и пыли, которыми они питаются, и приближая всю систему к своего рода галактическому равновесию», - пишут астрономы.

Телескоп Джеймса Уэбба получил самое детальное инфракрасное изображение джета от M87 — той самой черной дыры, которую человечество впервые сфотографировало в 2019 году. Главное открытие — впервые в инфракрасном диапазоне удалось разглядеть контр-джет.

На снимке основной джет выглядит как розовая лента на фиолетовом фоне, растянувшаяся на несколько тысяч световых лет. Вдоль него светятся узлы — места разгона частиц почти до скорости света. Контр-джет еле заметен — он движется от нас с околосветовой скоростью, из-за чего его свет тусклее.

Команда Яна Рёдера из Института астрофизики Андалусии использовала камеру NIRCam для съёмки в четырёх инфракрасных диапазонах. После вычитания света звёзд, пыли и фоновых галактик получился самый детальный портрет джетов M87.

Джеты — природные ускорители частиц до энергий, недостижимых на Земле. Их изучение раскрывает, как черные дыры регулируют звездообразование и распределяют материю в межгалактическом пространстве. M87 уже вошла в историю как первая сфотографированная черная дыра. Теперь Webb добавил новую главу — раскрыл физику одного из мощнейших процессов Вселенной.

Здесь царит самый массивный и влиятельный объект в Млечном Пути, сияющее сердце галактики, - черная дыра Стрелец А* массой в четыре миллиона Солнц. Дыра спрятана от нас за газопылевыми облаками, - на этих изображениях мы видим ее благодаря радиоастрономии. А шары вокруг - взрывы сверхновых. На последней картинке - эти же взрывы, покрупнее. И на всех изображениях видны протянувшиеся на десятки световых лет магнитные линии, образованные электронами, которые какой-то процесс разогнал до околосветовой скорости. Таких нитей уже около тысячи обнаружили в той стороне, где центр галактики.