如果有黑洞在太阳系附近形成或通过,会带来什么样的破坏?

如果有黑洞在太阳系附近形成或通过,会带来什么样的破坏?

黑洞是宇宙中最可怕的天体之一,它们巨大的引力会将空间和时间扭曲。在星系核中隐藏的超大质量黑洞,这些黑洞“储存”着数百万到数十亿的恒星物质。

在太阳系附近,如果有黑洞形成或通过,会带来什么样的破坏?和大多数假设性问题一样,问题的关键在于细节。当黑洞经过时,它会接近多近?它会从哪里来?会有多大?

首先,我们的太阳永远不会成为一个黑洞,它需要10-15倍的质量才能承受所需的那种引力崩塌。我们银河系附近的恒星也不会经历大的撞击:附近的大多数闪烁星星都是红矮星——只占太阳质量的一小部分(8%-60%)。

这留下了两种可能性:要么是在我们附近自发形成的黑洞,要么是流氓黑洞在附近经过。尽管大型强子对撞机的反对者的抗议,我们可以放弃第一种可能性。

至于第二种可能性,天文学家和天体物理学家在2000年证实存在流氓的黑洞,但撞击我们的可能性大致为零。

黑洞对空间和时间的影响

在远处,黑洞的作用就像任何巨大的引力物体:直到它就在你正上方,它遵循古典力学和牛顿的万有引力定律,它告诉我们两个物体之间的吸引力与其质量成正比,随着距离增大而迅速下降。换句话说,R136a1,一颗重达265个太阳的蓝矮星和265个太阳质量的黑洞之间没有引力差异。

然而,接近黑洞时,根据爱因斯坦广义相对论,引力会扭曲时间和空间,当你接近黑洞时,黑洞极端的引力会把你牢牢地吸积过去,令您无法逃逸,因为就是宇宙最快速度的光也逃脱不了黑洞地吸积。

如果你想从星际飞船研究一个黑洞,你会发现,你越接近这个可怕的天体,你飞船的引擎将不得不开启,以保持一个圆形轨道。起初,偶尔点燃飞船引擎就足以稳定你飞船;当更接近黑洞时,你须消耗巨大的能量,才能维持一个不规则的轨道。进一步靠近黑洞,即使全程点燃引擎,不间断的加速,也逃离不脱黑洞吸积。

一旦你耗尽了燃料,引擎关闭,你就会螺旋吸进黑洞的事件视界,事件视界是一个甚至光都无法逃脱的边界。从那里,你的命运交给黑洞主宰:你做任何事情都无济于事,都阻止不了你走上通往黑洞奇点的旅程,奇点是无限扭曲的时空的核心,正如我们所知,一切物理学定律在这里失效。

在你被吸积前往黑洞奇点的过程中,时间会放缓很多。从自己的角度来看,没有什么会改变;但是,对远方的朋友,你周围的时间会像涂上油脂的闪电那样流动(时间凝固),更像在寒冷的二月的早晨的汁液(时间被冻住了)。在在事件视界之外,你看上去被定格在那里,既然光无法逃离事件视界,那将是你的朋友最后一次见到你。

引力致时间扭曲普遍存在,但通常很弱,不易被注意到。例如,在地球上,在海平面上,你的年龄每年比在珠穆朗玛峰上少十亿分之一秒。

在一个黑洞里,时间扭曲得更厉害。事实上,当我们说你不可避免陷入奇点时,这不仅仅是因为强烈的引力或空间扭曲:相反,黑洞中的时间扭曲到如此程度,以至于奇点确实存在于你的未来。试图阻止到达奇点就像试图阻止时间一样。

继续读,看看如果有黑洞经过我们太阳系,会发生什么。

最后审判日

假设一个遥远的黑洞与一颗超新星形成双星拥抱。突然释放出来,这颗引力巨星以每秒数十到数百公里的速度向我们呼啸而来。我们怎么知道?

简而言之,我们不会发现该黑洞——至少,在它与某天体相互作用之前不会——因为黑洞的巨大引力甚至阻挡了光的逃逸。所以,与其试图在黑地毯上发现胡椒粉,不如让我们来看看几种间接识别黑洞的方法。

首先,被黑洞撕裂的天体,在旋转进入吸积盘时会发出辐射,导致其周围区域在强弧光下像羽毛一样“发光”。

第二,如果被地球人发现,黑洞对周围空间的扭曲也可能使其被探测到。这种引力透镜是由爱因斯坦的广义相对论所预言的,天文学家在星系、黑洞和太阳等大天体附近观测到这种引力透镜。

然而,即使在理想的情况下,用这种方法发现一个黑洞,也比用双筒望远镜在夜间的斑点狗身上发现一只跳蚤要困难得多。要使引力透镜从地球上可见,黑洞必须在我们和恒星之间穿过;要使我们发现它,它必须横穿恒星,以便天文学家有一个正常的视角来比较它。即使这种情况发生了,但由于黑洞的大小和透镜效应太过微小,我们也很难幸运地发现它。

最后,黑洞可以通过与行星、恒星、小行星或彗星等天体的引力相互作用而使自己为人所知,这就引出了一个关键问题:我们假设的黑洞距离太阳系有多远?

很明显,越接近,破坏就越严重。一次未遂事件会严重扰乱行星和卫星轨道,就像麻雀撞上螺旋蜘蛛网,将弯曲的轨道拖入相互作用的混乱中。

从我们对地球的角度来看,潮汐会改变,天空也会改变。如果黑洞的引力把我们的轨道踢得离太阳更远或更近,或者使它更椭圆,我们将遭受全球温度和季节的变化,或者可能更糟。在最坏的情况下,地球可能会被抛向太阳,或是以逃逸的轨迹飞向太空,这两种可能都注定地球死亡。

正如著名天体物理学家尼尔·德格拉斯·泰森(Neil deGrasse Tyson)曾经在新闻节目"20/20"上,轻描淡写说的那样,”如果我们被黑洞访问,对太阳系来说将是糟糕的一天。“

有鉴于此,让我们停止在事件视界上跳舞,直接跳下去。

第一次接触:好消息和坏消息

厄运 - 没有别的词。一旦我们被黑洞捕获,科学家们的计算表明,谁也救不了我们,科幻电影中的“超人”也不能。

黑洞引力对海王星的拖拽提供了我们第一个确凿的线索,说明有可怕的事情正在发生。天文学家对海王星的轨道非常了解,以至于他们可以探测到海王星的一个小偏差,它只有1弧秒(一个角度测量单位)。一个典型的10个太阳质量黑洞以每秒300公里(671081英里/小时,约为光速的千分之一)的特征速度运动,在离地球十分之一光年的时候,会引起如此大的骚动。

当它靠近海王星时,黑洞将这颗气态巨星拉入轨道。这颗行星现在看起来很奇怪:当它离开我们时,它的颜色似乎发生了红移——它的辐射波长,包括光,向外延伸,向光谱的红色端移动。当海王星经过黑洞后面时,引力透镜使它看起来在黑暗的球体周围变平和扭曲。当这颗行星再次出现,向我们飞去时,它的颜色看起来变蓝了——它的发射波长聚在一起,向光谱的蓝色端移动。

红移和蓝移通常是由恒星物体分别离开我们或朝我们移动的结果,就像救护车经过我们时警报器的多普勒频闪一样;在黑洞周围,它们也是极端引力扭曲时间的结果。

很快,黑洞将这个气体巨星撕成碎片,以旋转的引力旋涡(吸积盘)将其组成气体剥离,就像棉花糖机里的糖一样。从我们的角度来看,它似乎需要永远进入事件视界。同时,海王星的死亡之痛所释放出的光勾勒出了黑洞的负面轮廓,就像日食期间太阳的日冕。

此时,我们终于可以看到它周围的星光场从透镜中弯曲和伸展,就像一个在游乐场镜子里的东西。地球上每一台可用的望远镜都能观察这种扭曲和它中心的黑色虚空。

如果我们的“黑暗毁灭者”是一个超大质量的黑洞,故事就结束了;其事件视界是太阳系的五倍。但那有什么乐趣呢?让我们看看这些怪物在内部是什么样子。

世界末日

你爬进你的坚不可摧的太空舱,你很清楚,它只会让你短暂的解脱,但至少能存活足够长的时间来体验黑洞的内部。发射到太空后,你会在里面画出一个柔和的、逐渐向内衰减的轨道。

对你来说幸运,但对太阳系来说不幸,这是一个超大质量黑洞。是的,我们正在改变规则,但如果不这样做,一切都会发生得太快。原因如下:

在一个小黑洞里——比如说,大约30个太阳质量——在你到达事件视界之前很长一段时间,引力在距离上急剧增强,所引起的潮汐力就会把你撕成碎片。事实上,在活动视界,你的头和脚之间的潮汐力大约是一百万克(地球引力)。即使你能活下来,也没有时间享受你的胜利,因为你会在穿越事件视界0.0001秒后遇到奇点。

在一个拥有500万太阳质量的超大质量黑洞中,就像我们银河系中心的黑洞一样,体验大不相同。任何一个黑洞,其体积超过30000个太阳质量,在其活动视界施加的从头到脚的潮汐力小于1g。在你走向末日的路上还有更多的观光时间:在一个弯曲的下降过程中,穿过事件视界后,你需要16秒才能到达奇点(这个“下陷”时间是黑洞质量的函数;质量越大,所需时间越长)。

穿越黑洞的视界有点像睡着或坠入爱河:很难确定何时发生,但一旦发生,你的现实感就会受到严重损害。在黑洞的情况下,你仍然可以看到星光场(光可以进入黑洞,它根本不能离开),但这一景象让你想起肥皂泡里的彩色漩涡,还有其他的问题:弯曲的时空碎片和扭曲的光,混淆了你的双眼视觉。

潮汐力会像拉伸太妃糖一样向下拉伸你,并从四面八方向内挤压你。当你接近奇点时,你看到了一个非同寻常的景象:外面的宇宙似乎在你腰上压缩成一条明亮的、薄的、蓝移的带子,上面和下面的景色变得暗淡而红移。在那之后,剩下的碎裂物质进入一个无限弯曲的点,在那里已知的空间和时间结束。

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