Interested Article - Спагеттификация

Падение астронавта в черную дыру (схематическая иллюстрация эффекта спагеттификации)

Спагеттифика́ция ( англ. Spaghettification ) — астрофизический термин (также иногда имеющий наименование «Эффе́кт лапши́» ) для обозначения сильного растяжения объектов по вертикали и горизонтали (то есть уподобления их виду спагетти ), вызванного большой приливной силой в очень сильном неоднородном гравитационном поле . В предельных случаях, когда объекты находятся возле чёрных дыр , деформация при подобном растяжении настолько сильна, что никакой объект не может сохранить свою структуру.

Стивен Хокинг , иллюстрируя этот термин в книге « Краткая история времени », приводит в качестве примера полёт гипотетического космонавта , который, пролетая через горизонт событий чёрной дыры, «растягивается, как спагетти» гравитационным градиентом . При этом термин «спагеттификация» появился до публикации книги Хокинга .

Простой пример спагеттификации

Четыре объекта (обозначены на схеме зелёными точками) движутся в гравитационном поле по направлению к центру небесного тела. В соответствии с законом обратных квадратов , ближайший к небесному телу объект испытывает наибольшее ускорение, и если представить все четыре объекта частями одного, более крупного объекта, то очевидно, что он будет деформироваться за счёт приливных сил, и при соответствующей величине этих сил будет либо разорван, либо «вытянут».

Примеры слабых и сильных приливных сил

Приливные силы , действующие на сферическое тело в неоднородном гравитационном поле. Эффект происходит от массивного тела, расположенного справа. Длинные стрелки указывают на бо́льшие по величине силы

В случае однородного по плотности протяжённого сферического тела удаётся представить создаваемое им гравитационное поле как поле точечного источника, обладающего массой, равной массе протяжённого тела, сосредоточенной в его геометрическом центре. В случае взаимодействия двух тел с различной массой это даёт $F={\frac {\mu lm}{4r^{3}}}$ , где $\mu$ — гравитационный параметр более массивного тела, l — длина верёвки или стержня, m — масса верёвки или стержня, а r — расстояние до массивного тела.

У более массивного тела приливная сила достигает максимального значения вблизи поверхности, и это максимальное значение зависит только от средней плотности массивного тела (до тех пор, пока меньшее тело незначительно по размерам по сравнению с более массивным). Например, для тела с массой 1 кг и длиной 1 м, и массивного тела с средней плотностью, равной плотности Земли , максимальное значение приливной силы составит только 0,4 μ N .

В случае звезды — белого карлика , обладающей высокой плотностью, приливная сила гораздо сильнее, и для малого тела с теми же параметрами достигнет уже величины 0,24 N. Ещё больше увеличится приливная сила на поверхности нейтронной звезды : если тело из предыдущих примеров будет падать на нейтронную звезду массой в 2,1 солнечной массы, то оно разрушится на расстоянии 190 км от центра нейтронной звезды (типичный радиус нейтронной звезды составляет около 12 км) .

В случае приближения к чёрной дыре любой объект или человек будет разрушен приливными силами, поскольку их величина возрастает до бесконечности, и таким образом, падающий в чёрную дыру объект растягивается в тонкую полоску материи. По мере приближения к сингулярности , приливные силы могут разорвать даже межмолекулярные связи.

Внутри и вне горизонта событий

Расположение точки, в которой приливные силы достигают такой величины, что разрушают попавший туда объект, зависит от размера чёрной дыры. Для сверхмассивных чёрных дыр , как, например, расположенных в центре Галактики , эта точка лежит в пределах их горизонта событий , поэтому гипотетический космонавт может пересечь их горизонт событий, не замечая никаких деформаций, но после пересечения горизонта событий его падение к центру чёрной дыры уже неизбежно. Для малых чёрных дыр, у которых радиус Шварцшильда гораздо ближе к сингулярности, приливные силы убьют космонавта ещё до достижения им горизонта событий . Например, для чёрной дыры с массой в 10 масс Солнца на расстоянии в 1000 километров от неё, приливная сила составит 325 Н , объект будет разрушен на расстоянии в 320 км от неё, а её радиус Шварцшильда составляет 30 км. Для чёрной дыры с массой 10 тысяч солнечных масс дистанция разрушения составит 3200 км, а радиус Шварцшильда — 30 000 км.

См. также

Предел Роша

Примечания

Wheeler, J. Craig (2007), , Cambridge University Press, p. 182, ISBN 978-0-521-85714-7 от 17 ноября 2017 на Wayback Machine
Stephen Hawking . . — Bantam Dell Publishing Group, 1988. — С. 256. — ISBN 978-0-553-10953-5 . 6 июня 2014 года.
Например, в (англ.) ( . (англ.) . — 1st. — Viking Press , 1977. — P. . — ISBN 978-0-67041270-9 . , дополнении к документальному фильму Би-Би-Си The Key to the Universe .
Thorne, Kip S. // Near Zero: New Frontiers of Physics / Fairbank, J.D.; Deaver, B.S.; Everitt, C.W.F.; Michelson, P.F.. — W. H. Freeman and Company, New York, 1988. — С. 572. — ISBN 978-0-71671831-4 .
При этом тело длиной 8 метров с массой 8 кг разрушится на расстоянии, в 4 раза большем.
Hobson, Michael Paul; Efstathiou, George; Lasenby, Anthony N. // (англ.) . — Cambridge University Press , 2006. — P. 265. — ISBN 0-521-82951-8 . 31 марта 2019 года.
Kutner, Marc Leslie. // . — 2. — Cambridge University Press , 2003. — С. 150. — ISBN 0-521-52927-1 . 2 января 2022 года.
Минимальная по размерам чёрная дыра, которая может возникнуть в результате естественных процессов на современном этапе существования Вселенной, имеет массу, вдвое большую массы Солнца .

Ссылки

Melia, Fulvio. (англ.) . — Princeton University Press , 2003. — P. .

[1] Wheeler, J. Craig (2007), , Cambridge University Press, p. 182, ISBN 978-0-521-85714-7 от 17 ноября 2017 на Wayback Machine

[2] Stephen Hawking . . — Bantam Dell Publishing Group, 1988. — С. 256. — ISBN 978-0-553-10953-5 . 6 июня 2014 года.

[3] Например, в (англ.) ( . (англ.) . — 1st. — Viking Press , 1977. — P. . — ISBN 978-0-67041270-9 . , дополнении к документальному фильму Би-Би-Си The Key to the Universe .

[4] Thorne, Kip S. // Near Zero: New Frontiers of Physics / Fairbank, J.D.; Deaver, B.S.; Everitt, C.W.F.; Michelson, P.F.. — W. H. Freeman and Company, New York, 1988. — С. 572. — ISBN 978-0-71671831-4 .

[5] При этом тело длиной 8 метров с массой 8 кг разрушится на расстоянии, в 4 раза большем.

[6] Hobson, Michael Paul; Efstathiou, George; Lasenby, Anthony N. // (англ.) . — Cambridge University Press , 2006. — P. 265. — ISBN 0-521-82951-8 . 31 марта 2019 года.

[7] Kutner, Marc Leslie. // . — 2. — Cambridge University Press , 2003. — С. 150. — ISBN 0-521-52927-1 . 2 января 2022 года.

[8] Минимальная по размерам чёрная дыра, которая может возникнуть в результате естественных процессов на современном этапе существования Вселенной, имеет массу, вдвое большую массы Солнца .