Вращающиеся черные дыры могут служить мягкими порталами для гиперпространственных путешествий

Черные дыры, пожалуй, самые загадочные объекты во Вселенной. Они являются следствием того, что гравитация безгранично сокрушает умирающую звезду, что приводит к образованию настоящей сингулярности, что происходит, когда вся звезда сжимается в одну точку, образуя объект с бесконечной плотностью.

Эта плотная и горячая сингулярность пробивает дыру в самой ткани пространства-времени, открывая возможность для путешествий в гиперпространстве. То есть короткий путь через пространство-время, позволяющий путешествовать на космические расстояния за короткий период.

Исследователи ранее думали, что любой космический корабль, пытающийся использовать черную дыру в качестве портала такого типа, должен будет считаться с природой в худшем ее проявлении. Горячая и плотная сингулярность заставит космический корабль выдержать последовательность все более неприятных приливных растяжений и сжатий, прежде чем полностью испарится.

Полет через черную дыру

Моя команда из Массачусетского университета в Дартмуте и коллега из колледжа Джорджии Гвиннетт показали, что не все черные дыры созданы одинаковыми.

Если черная дыра, подобная Стрельцу А*, расположенная в центре нашей галактики, большая и вращается, то перспективы космического корабля кардинально меняются. Это потому, что сингулярность, с которой должен бороться космический корабль, очень мягкая и может обеспечить очень мирный проход.

Причина, по которой это возможно, заключается в том, что соответствующая сингулярность внутри вращающейся черной дыры технически «слаба» и, следовательно, не повреждает взаимодействующие с ней объекты. Поначалу этот факт может показаться нелогичным. Но можно думать об этом как об обычном опыте быстрого прохождения пальцем через пламя свечи с температурой около 2000 градусов, не обжигаясь.

Мой коллега Лиор Бурко и я занимаемся изучением физики черных дыр более двух десятилетий. В 2016 году моя докторская степень. Студентка Кэролайн Мэллари, вдохновленная блокбастером Кристофера Нолана «Интерстеллар», решила проверить, сможет ли Купер (персонаж Мэтью МакКонахи) пережить падение вглубь Гаргантюа — вымышленной, сверхмассивной, быстро вращающейся черной дыры, масса которой примерно в 100 миллионов раз больше. нашего солнца.

«Интерстеллар» был основан на книге, написанной лауреатом Нобелевской премии астрофизиком Кипом Торном, и физические свойства Гаргантюа занимают центральное место в сюжете этого голливудского фильма.

Основываясь на работе, проделанной физиком Амосом Ори два десятилетия назад, и вооружившись своими сильными вычислительными способностями, Маллари построила компьютерную модель, которая зафиксировала бы большинство основных физических эффектов космического корабля или любого большого объекта, падающего в большой вращающийся черный объект. дыра как Стрелец А*.

Вымышленная планета Миллера, вращающаяся вокруг черной дыры Гаргантюа, в фильме «Интерстеллар».

Даже не ухабистая езда?

Она обнаружила, что при любых условиях объект, падающий во вращающуюся черную дыру, не будет испытывать бесконечно больших эффектов при прохождении через так называемую сингулярность внутреннего горизонта дыры.

Это сингулярность, которую объект, входящий во вращающуюся черную дыру, не может обойти или избежать. Мало того, что при правильных обстоятельствах эти эффекты могут быть пренебрежимо малы, что позволяет довольно комфортно пройти через сингулярность.

На самом деле заметных воздействий на падающий объект может и не быть вовсе. Это увеличивает возможность использования больших вращающихся черных дыр в качестве порталов для путешествий в гиперпространстве.

Маллари также обнаружил особенность, которую раньше не осознавали в полной мере: тот факт, что эффекты сингулярности в контексте вращающейся черной дыры приведут к быстрому увеличению циклов растяжения и сжатия космического корабля.

Но для очень больших черных дыр, таких как Гаргантюа, сила этого эффекта будет очень мала. Таким образом, космический корабль и любые люди на борту не обнаружат его.

Важным моментом является то, что эти эффекты не увеличиваются без ограничений; на самом деле они остаются конечными, даже несмотря на то, что нагрузки на космический корабль имеют тенденцию к неограниченному росту по мере его приближения к черной дыре.

В контексте модели Маллари есть несколько важных упрощающих предположений и вытекающих из них предостережений. Основное предположение заключается в том, что рассматриваемая черная дыра полностью изолирована и, следовательно, не подвержена постоянным возмущениям со стороны источника, такого как другая звезда в ее окрестностях, или даже любого падающего излучения.

Хотя это предположение допускает важные упрощения, стоит отметить, что большинство черных дыр окружены космическим материалом — пылью, газом, излучением.

Таким образом, естественным продолжением работы Маллари было бы проведение аналогичного исследования в контексте более реалистичной астрофизической черной дыры.

Подход Мэллари к использованию компьютерного моделирования для изучения воздействия черной дыры на объект очень распространен в области физики черных дыр.

Излишне говорить, что у нас пока нет возможности проводить реальные эксперименты в черных дырах или вблизи них, поэтому ученые прибегают к теории и моделированию, чтобы лучше понять их, делая предсказания и новые открытия.

Гаурав Кханна, профессор физики Массачусетского университета в Дартмуте.