Самые поразительные вещи во Вселенной нам никогда не увидеть и не пережить. Что, к примеру, предстанет перед глазами человека, падающего в черную дыру? Что открывается за горизонтом событий? Это можно только посчитать. Ученые провели моделирование – а компьютер выдал картинки.

Зрелищное исследование, посвященное физике черных дыр, провели Эндрю Гамильтон (Andrew Hamilton) и Гэвин Полемус (Gavin Polhemus). Они не просто нарисовали воображаемую трехмерную модель событий, происходящих у самой границы черной дыры и дальше, в ее недрах, но создали настоящие картины релятивистской модели этого процесса. Итак, что же там, за горизонтом? 

Но прежде стоит напомнить, что в случае черной дыры речь идет о горизонте событий. Упрощенно говоря, это воображаемая граница, до которой мы еще можем видеть события и хотя бы теоретически повлиять на них, но после которой материя начинает падать в черную дыру – и перейдя которую ничто, даже свет, уже не может вернуться обратно.

Черная дыра характеризуется всего тремя параметрами – массой, зарядом и спином. Они считаются едва ли не самыми «простыми» объектами, намного проще звезд или планет. Именно это и позволило создать впечатляющие картинки: для других тел подобные расчеты плка невозможны. И то – в работе ученые использовали простейший вид черной дыры, не имеющей ни заряда, ни спина. Геометрия окружающего пространства определяется только одним: массой сферической черной дыры.

В этом пространстве можно выделить четыре зоны (взгляните на иллюстрацию слева). Первая – еще вполне безопасная, в которой круговые орбиты других тел не нарушаются, и они могут оставаться там сколько угодно долго. Но представим, что мы направились дальше. Мы попадем во вторую зону, круговые орбиты здесь нестабильны, а затем и в третью, где притяжение черной дыры уже начинает засасывать в себя все подряд. Чтобы оставаться в этой зоне, придется постоянно держать включенными двигатели звездолета. Иначе нас ждет красная зона за горизонтом событий – отсюда уже ничто не выберется. 

Но работа эта отнюдь не чисто «увеселительная», из нее ученые делают и вполне серьезные выводы. Такие вычисления помогают лучше понять, как действуют известные физические законы в недоступных недрах черных дыр, и как они меняются с переходом через горизонт событий. 

А в остальном – приглашаем посмотреть картинки.

Картинка первая

Вверху: Если позади черной дыры находится яркий объект, свет от него будет сильно отклоняться из-за гравитационного линзирования, и нам из звездолета будет видно только светящееся кольцо. Внизу: У настоящей черной дыры координатной сетки, конечно, нет. Но если мы спроецируем ее на дыру на экране нашего звездолета, то увидим одновременно оба ее полюса – и все из-за того же линзирования.

Картинка вторая 

Вверху: На расстоянии примерно в 1,5 раза большем радиуса дыры имеется фотонная сфера – область, в которой частицы света, теоретически, могут оставаться на постоянной круговой орбите. На практике, они там надолго не задерживаются. Внизу: Пересекая горизонт событий, можно ожидать, что мы пересечем пространственную сетку, которая визуально обозначает его. Но ничего подобного: горизонт словно разделяется на части, охватывая нас и сверху и снизу.

Картинка третья 

Вверху: Принято думать, что с этого момента нас должна была бы окружать темнота. Но нет: звездное небо над нами остается, оно просто быстро сжимается, будто горизонт восстает все выше. Теперь нас не спасут никакие фантастические двигатели. Внизу: Теперь мы превращаемся в спагетти: нас невероятно растягивает вдоль вертикальной оси и сжимает вдоль горизонтальной. Это – проявление приливных сил, действующих на любой протяженный объект со стороны неоднородного гравитационного поля.

Картинка четвертая 

Вверху: Все ближе к сингулярности в самом сердце черной дыры. Те же приливные силы заставляют всю остальную Вселенную выглядеть, как тонкая светящаяся полоса. Излучение над и под ней центральной полосой заметно смещается в красную сторону, а по сторонам – в синюю. Саму сингулярность увидеть невозможно никак: весь свет идет к ней, и ничто – от нее. Внизу: В центре черной дыры – точка сингулярности, где наши измерения бесконечно искривлены и где нет уже ничего, ни времени, ни пространства.