Вчені: Використовувати чорні діри для космічних подорожей можна, але тільки обережно

Одна з найцікавіших тем в сучасній науковій фантастиці є концепт використання чорних дір в якості порталів в іншу всесвіт, час або вимірювання. Багато астрофізики стверджують, що в справжніх умовах таке просто неможливо. Проте група дослідників з Університету штату Массачусетс в Дортмунді (США) вважає, що ця фантазія насправді не так вже й далека від реальності.

є, можливо, самими загадковими об'єктами у Всесвіті. Вони — результат гравітаційного колапсу надмасивних зірок, що приводить до створення цієї сингулярності – об'єкта нескінченної щільності, що з'явився внаслідок стиснення цілої зірки до крихітної точки. Ці гарячі точки нескінченної щільності мають настільки потужною гравітацією, що здатні в буквальному сенсі розривати простір-час. Згідно з припущеннями, цей факт відкриває можливість використовувати ці об'єкти для гіперпросторових подорожей.

Звичайно ж, більш ранні наукові дослідження на цей рахунок говорили про те, що будь-який об'єкт, наприклад, космічний корабель, або жива істота, які вирішать використовувати чорну діру в якості порталу, дуже швидко про це пошкодують. Нескінченна гравітаційна сингулярність і високі температури призведуть до того, що об'єкт буде до тих пір, поки повністю не випарується.

Подорож крізь чорну діру

Наукова команда професора фізики Гаурава Ханна з Університету штату Массачусетс в Дортмунді (США) і їх колеги з Коледжу Гвіннетт в штаті Джорджія змогли показати, що не всі чорні діри однакові. Дослідники вважають, що у об'єктів, які проходять крізь обертаються великі і чорні діри, такі як наприклад, Стрілець А* в центрі нашої галактики, шанси вижити будуть набагато вище.

це Пояснюється тим, що у великих і обертових чорних дір сингулярність діє дещо інакше, «ніжніше» або «слабкіше» і тому є ймовірність того, що вона не буде пошкоджувати ті об'єкти, які будуть з нею взаємодіяти. На перший погляд це може здатися маячнею, проте вчені наводять як пояснює аналогією простий експеримент з швидким переміщенням руки над палаючою свічкою. Спробуйте самі і побачите, що вогонь вас не буде обпалювати.

Гаурав Ханн і його колега Ліор Бурко займаються питаннями фізики чорних дір більше двадцяти років. У 2016 році Керолайн Маллари, одна з аспіранток Ханна, натхненна блокбастером режисера Крістофера Нолана «Интерстеллар» вирішила науковим методом перевірити, чи дійсно головний герой фільму зміг би вижити при падінні в гігантську обертову чорну діру Гаргантюа, володіє масою в 100 мільйонів разів перевищує сонячну.

Сам фільм, нагадаємо, був поставлений по книзі нобелівського лауреата з астрофізики Кіпа Торна. Описані в голлівудському блокбастері зовнішній вигляд, розміри і фізичні властивості чорної діри Гаргантюа, є одним із центральних «персонажів» це фільму — його робота.

Спираючись на дослідження іншого фізика Амоса Орі, результати якого були представлені кількома десятиліттями раніше, а також заручившись підтримкою комп'ютерних технологій, Керолайн Маллари створила комп'ютерну модель, в якій відображаються більшість фізичних ефектів, які виявлялися б на космічний апарат або будь-який інший об'єкт, що потрапив у центр обертається чорної діри, такий як Стрілець А*.

Вигадана чорна діра Гаргантюа з фільму «Интерстеллар»

Навіть зачіску не помне?

Комп'ютерна модель показала, що за будь-яких умов об'єкт падає під обертову чорну діру не буде відчувати нескінченно великих ефектів деформації при проходженні крізь так званий внутрішній горизонт сингулярності – область чорної діри, уникнути якої не вдасться в будь-якому випадку. Більш того, при певних обставинах вплив цих ефектів буде настільки мало, що об'єкт зможе без проблем пройти крізь цю сингулярність, а в деяких випадках і зовсім не помітити ніякого впливу з боку.

Маллари також виявила особливість, яка в повній мірі не привертала до себе уваги раніше: ефекти сингулярності в контексті обертається чорної діри призведуть до стрімкого збільшення циклів розтягування і стиснення об'єкта, падаючого в її центр. Однак дослідниця у своїй роботі зазначає, що у випадку дуже великих чорних дірок, розміром з ту ж Гаргантюа, сила цих ефектів буде дуже незначною. Настільки незначною, що ні сам космічний апарат, не живі істоти, що знаходяться на його борту, найімовірніше, їх навіть не помітять.

На цьому графіку показано фізичне навантаження на сталеву раму космічного апарату з його наближенням до центру обертається чорної діри. У маленькій вставці показано деталізована картина навантаження, яка буде відзначатися при максимальному зближенні апарату. Важливо зазначити, що навантаження сильно зросте в точці максимального зближення з чорною дірою, але не буде зростати в нескінченність. Іншими словами, апарат і його екіпаж можуть пережити таке мандрівка

Важливим моментом тут є те, що фізичні ефекти, надані на корабель, не будуть ростуть нескінченно. Вони обмежені певною межею, навіть незважаючи на те, що буде здаватися, що навантаження на корабель буде зростати безмежно з наближенням до чорної діри.

Звичайно ж, в (можна обговорити ) є кілька важливих недоліків та припущень, з урахуванням яких в іншому випадкукінцевий результат може бути зовсім іншим. Наприклад, у представленій моделі передбачається, що чорна діра повністю ізольована від впливу зовнішніх факторів, таких як постійні гравітаційні та інші обурення, викликані, наприклад, розташованої поруч зіркою або ж потрапляють в чорну діру зовнішнім випромінюванням. Слід розуміти, що зазвичай навколо цих чорних дір накопичується дуже багато різного матеріалу: пил, газ, радіація і так далі. Виходячи з усього цього, логічним продовженням роботи Маллари буде повторне дослідження даного контексту, але вже з урахуванням умов більш реалістичних астрофізичних чорних дір.

Використання методів комп'ютерного моделювання для прогнозування ефектів впливу на об'єкти, що знаходяться поруч з чорними дірами – цілком поширена практика. Реальної можливості перевірити свої теорії у сучасної науки поки немає, тому вченим доводиться активно покладатися на гіпотези і симуляції, які допомагають зрозуміти базові речі, робити прогнози і нові відкриття.