Чтобы разгадать загадки черных дыр, человеку нужно просто рискнуть влететь в одну из них.

Однако есть довольно сложная уловка: человек может сделать это, только если соответствующая черная дыра является сверхмассивной и изолированной, и если человек, падающий в черную дыру, не ожидает сообщить о результатах кому-либо во всей Вселенной.

Мы физики, изучающие черные дыры, хотя и с очень безопасного расстояния. Черные дыры — одни из самых распространенных астрофизических объектов в нашей Вселенной.

Эти интригующие объекты кажутся важным ингредиентом в эволюции Вселенной от Большого взрыва до наших дней. Вероятно, они оказали влияние на формирование человеческой жизни в нашей галактике.

Человек падает в черную дыру и растягивается. (Лео Родригес / Шаньшан Родригес / CC BY-ND)

Два типа черных дыр.

Вселенная усеяна черными дырами разных типов.

Они могут различаться по размеру и быть электрически заряженными, как электроны или протоны в атомах. Некоторые черные дыры действительно вращаются. Есть два типа черных дыр, которые имеют отношение к нашему обсуждению.

Первый не вращается, электрически нейтрален — то есть, не заряжен положительно или отрицательно — и имеет массу нашего Солнца. Второй тип — это сверхмассивная черная дыра, масса которой от миллионов до даже миллиардов раз превышает массу нашего Солнца.

Помимо разницы в массах между этими двумя типами черных дыр, их отличает расстояние от центра до «горизонта событий» — мера, называемая радиальным расстоянием.

Горизонт событий черной дыры — точка невозврата. Все, что проходит через эту точку, будет поглощено черной дырой и навсегда исчезнет из нашей известной Вселенной.

На горизонте событий гравитация черной дыры настолько сильна, что никакие механические силы не могут преодолеть ее или противодействовать ей. Даже свет, самый быстро движущийся объект в нашей Вселенной, не может убежать — отсюда и термин «черная дыра».

Радиальный размер горизонта событий зависит от массы соответствующей черной дыры и является ключом к выживанию человека при попадании в нее. Для черной дыры с массой нашего Солнца (одна солнечная масса) горизонт событий будет иметь радиус чуть менее 3,2 км.

Сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики Млечный Путь, напротив, имеет массу примерно 4 миллиона солнечных масс, а ее горизонт событий имеет радиус  11,6 миллионов километров или 17 солнечных радиусов.

Человек приближается к горизонту событий черной дыры размером с Солнце. (Лео и Шаньшан Родригес / CC BY-ND)

Таким образом, кто-то, падающий в черную дыру звездного размера, окажется намного, намного ближе к центру черной дыры, прежде чем пересечет горизонт событий, в отличие от падения в сверхмассивную черную дыру.

Это означает, из-за близости центра черной дыры, что сила притяжения черной дыры на человека будет различаться в 1000 миллиардов раз между головой и пальцами ног, в зависимости от того, что вызывает свободное падение.

Другими словами, если человек падает ногами вперед, когда он приближается к горизонту событий черной дыры звездной массы, гравитационное притяжение у его ног будет экспоненциально больше по сравнению с притяжением черной дыры у его головы.

Человек испытает спагеттификацию и не выживет, когда его вытянут в длинную тонкую форму, похожую на лапшу.

Но человек, падающий в сверхмассивную черную дыру, находился бы намного дальше от центрального источника гравитационного притяжения, а это означает, что разница в гравитационном притяжении между головой и пальцем ноги почти равна нулю.

Таким образом, человек преодолеет горизонт событий, не растянется в длинную тонкую лапшу, выживет и безболезненно попадет в черную дыру.

Человек, упавший в сверхмассивную черную дыру, скорее всего, выжил бы. (Лео и Шаньшан Родригес / CC BY-ND)

Другие варианты.

Большинство черных дыр, которые мы наблюдаем во Вселенной, окружены очень горячими дисками материала, в основном состоящего из газа и пыли или других объектов, таких как звезды и планеты, которые подошли слишком близко к горизонту и затягиваются в черную дыру.

Эти диски называются аккреционными дисками, они очень горячие и турбулентные. Они, безусловно, не гостеприимны и сделают путешествие в черную дыру чрезвычайно некомфортным.

Чтобы войти в нее безопасно, вам нужно будет найти сверхмассивную черную дыру, которая полностью изолирована и не питается окружающим материалом, газом или звездами.

Теперь, если человек обнаружит изолированную сверхмассивную черную дыру, подходящую для научного исследования, и решит изучить ее, все наблюдаемое или измеренное внутреннее пространство черной дыры будет ограничено горизонтом событий черной дыры.

Помня, что ничто не может избежать гравитационного притяжения за горизонтом событий, падающий человек не сможет отправить какую-либо информацию о своих открытиях обратно за этот горизонт. Путешествие и открытия будут потеряны для всей остальной Вселенной навсегда. Но исследователь будет наслаждаться приключением, пока будет жив,… может быть….

Лео Родригес, доцент кафедры физики Гриннелл-колледжа и Шаншан Родригес, доцент кафедры физики Гриннелл-колледжа.