Qara delikke yaqınlaşsaq ne olur?

Qara delikke yaqınlaşqan ve saatınıñ köstergiçlerini muntazam yollağan kiçik bir apparatnı tasavur etiñiz. Onı deral parçalarlar mı? O, çette ebediy donıp qalır mı? Bu eki sual apparatnıñ fizikiy zedelenüvini alıcığa yetken signallarnen qarıştıra.

Netice qara delikniñ kütlesine, mesafege, yolğa ve etraftaki maddege bağlıdır. Gelgitler apparatnı ufuktan evel dağıta bile. Yeterince büyük kütleli ve sakin qara delik yanında o, ufqunı soñlu öz vaqıtta keçip bile, amma içeriden tışarı haber yollap olamaz. Onıñ ışığını uzaqtan qabul etmek tüşüvniñ başqa tasvirini bere. NASA: kütle, gelgitler ve vizualizatsiyanıñ eki stsenariysi.

Evvel qara delikni etrafından ayırayıq

Uzaqtan qara delik sihirli toz sorğucı kibi davranmay. Belli kütle ve büyük mesafe içün onıñ çekimi aynı kütleli başqa küre şeklindeki cisimniñ alışılğan çekimine yaqınlaşa. Apparatnıñ tüşecegi, yanından keçip ketecegi ya da orbitada qalacağı onıñ areketine de bağlıdır. David Tong: Şvartsşild çözümü ve tış meydan.

Qara delik yanında akkretsiya diski ola bile: dönerek yavaş-yavaş içeri tüşken sıcaq gaz. Onıñ nurlanması ve madde ile toqunaşuvlar ufuktan evel de telükelidir. Amma disk er qara delikniñ mecburiy parçası degil: etrafında kullanılacaq gazı qalmağan ayrı bir delikte disk olmay bile. NASA: akkretsiya diski.

Tek gravitatsiyanı añlamaq içün bundan soñ dönüvsiz ve elektrik yüksiz idealleştirilgen qara delikni, telükeli gazlı etrafı olmadan, baqayıq. Bu, klassik Şvartsşild modelidir; kerçek ekspeditsiya içün telükesiz yol degil.

Ağırlıqsızlıq gelgit sozılmasını yoq etmey

Apparat motorları sönük alda serbest tüşse, merkezine tayanç kerek olmaz. Amma başqa parçaları başka yerlerdedir. Qara delikke yaqın parça uzaq parçadan başqa türlü tüşmege meyilli. Cisim radius boyunca sozıla, köndelen yönelişlerde ise sıqıla.

Bu, gelgit tesiridir. Yer yanında gelgitlerniñ umumiy sebebi de aynıdır: tek bir noqtadaki çekimniñ büyükligi degil, başka noqtalarda çekimniñ bir türlü olmaması müimdir. Farq yeterince büyük olsa, iç bağlar cisimni bir yerde tutıp olamaz. Qara delikler yanında böyle sozılmağa sıqça spagettifikatsiya deyler. Tevian Dray: yaqın serbest tüşken parçacıqlarnıñ nisbiy areketi.

Kiçik kabinada ağırlıq duymamaq ve aynı vaqıtta sınav cisimleriniñ nasıl ayrılğanına köre gelgitlerni ölçemek mümkün. Şunıñ içün «biz serbest tüşemiz» daa «bizni iç bir şey deformasiyalamay» demek degil.

Büyük kütle ufukta zayıf gelgitler demek ola bile

Vaqialar ufqu — signal uzaqtaki tış dünyağa çıqıp olamağan bölgeniñ sıñırıdır. Bizim modelde ufqun radiusı kütlege doğru orantılıdır. Büyük kütleli delikniñ ufqu büyük, demek çetinde merkezge köre büyük radiusta olamız.

Şunıñ içün eki delikni er biriniñ öz ufqunda teñeşterüv beklenilmegen netice bere: anda gelgit gradiyenti kütle artqan sayın azala. Kütlesi 10 ve bir million Küneş kütlesi olğan delikler içün ekinci ufqun radiusı 100 biñ kere büyük, radial gelgit gradiyenti ise 10 milliard kere azdır. NASA: bu eki kütleniñ teñeşterilüvi.

Gelgitler: neni ve qayda teñeşteremiz

Radius boyunca: sozılma

Radiusqa köndelen: sıqılma

Serbest tüşken merkezdeki parçacıqnen teñeşterilgen yaqın parçacıqlar

Er delik öz ufqunda

10 Küneş kütlesi

Ufqun nisbiy radiusı: 1
Nisbiy radial gelgit gradiyenti: 1

1 million Küneş kütlesi

Ufqun nisbiy radiusı: 100 000
Nisbiy radial gelgit gradiyenti: 10⁻¹⁰

Radius × 100 000; gelgit gradiyenti ÷ 10 000 000 000

Klassik Şvartsşild modeli: dönüv, yük ve etraftaki gaz yoq. Sayılar 10 Küneş kütleli delikke köre normallaştırılğan. Aynı kiçik radial cisim uzunlıqlarını eki başqa fizikiy radiusta — er delikniñ öz ufqunda — teñeşteremiz. Aynı radiusta ise büyük kütle büyük gradiyent bere. Oqlar nisbiy tezleşüv yönelişini köstere; uzunlıqları ve parçacıqlar arasındaki mesafeler şartlıdır. Bu, foto, deformasiyalanğan apparat şekli ya da sağ qaluv tahmini degil.

Bu, «büyük er vaqıt telükesiz» qaidesi degil. Merkezden aynı fizikiy radiusta, er eki ufuktan tışarıda, büyük kütle aynı kiçik cisim uzunlığı boyunca daa büyük tezleşüv farqı bere. Sıcaq gaznıñ telükesi de tek gelgitlernen belgilenmey.

Dal · Yerli esapİhtiyariy · keçip ketmek mümkün

Kütlege bağlılıq qaydan kele

Yaqın sınav parçacıqları radial serbest tüşkende Şvartsşild modeli radial gelgit gradiyentini bere:

\begin{aligned} k_r&=\frac{2GM}{r^3},\\ \Delta a&\approx k_r L. \end{aligned}

Mında $\Delta a$ — yerli serbest tüşken sistemadaki tezleşüv farqı, $L$ — parçacıqlar arasındaki kiçik radial mesafe, $M$ — delikniñ kütlesi, $r$ — uyğun küreniñ $4\pi r^2$ meydanınen belgilenegen radius, $G$ — gravitatsiya sabiti. $k_r$ birligi — $\text{s}^{-2}$ . Yerli gradiyentni tasvirlemek içün $L$ yeterince kiçik olmalı. Bu, relativistik geodezik sapmanıñ neticesidir; Nyuton ifadesine beñzemek, zayıf meydan yaqınlaşmasını rastkele ufquna qadar uzatmağa izin bermey. Dray: Şvartsşild geometriyasındaki esap.

Ufqun radiusını qoyıp, şunı alamız:

\begin{aligned} r_h&=\frac{2GM}{c^2},\\ k_r(r_h)&=\frac{c^6}{4G^2M^2}. \end{aligned}

Mında SI birlikleri içün ışıq sürati $c$ keri qoyulğan. Kütle $10^5$ kere artsa, ufqun radiusı $10^5$ kere arta, ufuktaki gradiyent ise $10^{-10}$ ile çarpıla. Şema aynı kiçik cisim uzunlıqlarını teñeştere; zedelenüvni, korpusnıñ sağlamlığını ya da dağılmağa qalğan vaqıtnı esaplamay.

Apparat ufqunı keçe, resmi ise sönükleşe

Öz vaqıt — apparatnıñ öz saatı sayğan müddettir. Gelgitlerge ve başqa şartlarğa dayansa, apparat ufqunı soñlu öz vaqıtta keçe. Yanındaki sağlam saat toqtamay. Klassik modelde ufqun özi toqunaşıp urulacaq qattı divar degil. NASA Glenn: ufuktan tüşip keçken saat.

Endi alıcını uzaqta, tışarıda, qara delikke nisbeten areketsiz qaldırayıq. O, vaqialarnı «canlı» körmey: yolnıñ evelki parçalarından ışıq ve radiosignallarnı qabul ete. Apparat ufquna yaqınlaşqan sayın bu alıcı içün signallar arasındaki aralıqlar arta, sıqlıq tüşe, resim sönükleşe. Keçişniñ özünden ya da içeriden çıqqan signal oña yetmez.

«Ufukta donıp qaldı» sözü tış tasvirniñ sıñır davranışını añlata, amma yañlış manzara yarata bile. Çet üstünde ebediy parlağan areketsiz apparat qalmay: resmi qırmızılaşa ve sönükleşe, soñunda kerçek alıcı onı seçip olamaz. Bu, borttaki keçişniñ soñlu vaqtına zıt degil. NASA: tüşüv vaqtında ışıqnıñ zayıflaması.

Dal · Deliller ve modellerİhtiyariy · keçip ketmek mümkün

NASA-nıñ kompyuter uçuşı neni köstere

2024 yılı mayıs ayında NASA Jeremy Schnittman ve Brian Powell-niñ vizualizatsiyasını kösterdi: virtual kamera pek büyük kütleli qara delikke yaqınlaşa ve bir stsenariyde ufqunı keçe. Işıqnıñ tarqaluvını esaplav disk ve art plandaki yıldızlarnıñ resimleri nasıl egilgenini köstere.

Bu, fizikiy modelge esaslanğan kompyuter vizualizatsiyasıdır, içeri yollanğan kameranıñ yazması degil. Andaki uçuş ve dağılma müddetleri saylanğan kütle ve yolğa aittir; olarnı bütün qara deliklerge köçürmek olmaz. NASA, 2024 yılı 6 mayıs: modelniñ izaatı ve videoları.

Ufqunı keçmek keri yol bar demek degil

Büyük qara delik keçişniñ özünde sağ qalmağa imkân berse de, bu, yolculıqnı qaytuvlı yapmay. Ufqun içinde ışıq ve maddiy cisimlerniñ kelecek yolları tışarıdaki alıcığa aparmay. Quvetli motor ya da daa parlağan yollayıcı meseleni çezmez. Tong: ışıq konusları ve ufqun sebebiyet yapısı.

Klassik model gelgitlerniñ daa artuvını ve merkezdeki singulyarlıqnı tahmin ete: bu, yanında umumiy nisbiylikke daa tolu fizika kerek olğan bir sıñırdır. O, tunnel, başqa Kâinat ya da merkezde sağ qaluv içün tasdiqlanğan vade bermey. NASA: singulyarlıq tahmini ne demek.

Añlavıñıznı teşkermek içün eki neticeni tasavur etiñiz: «alıcı signalnı coydı, demek borttaki saat toqtadı» ve «ufuktaki gelgitler zayıf, demek keri qaytıp olamız». Modelden er ekisi de çıqmay. Birincisi qabul etilgen ışıqnı yerli vaqıtnen, ekincisi cisim deformasiyasını tışarı signal yollamaq imkânınen qarıştıra. Böyle ikâyeni baalağanda evvel kütleni, yerni, yolnı ve közeticini belgileñiz.