Lubang hitam bagi kita tampak seperti sesuatu yang jauh, yang terkadang membuat film atau menulis di buku. Kita jarang memikirkan apa yang akan terjadi jika lubang hitam mini dengan diameter satu milimeter muncul di permukaan planet kita. Tentang ini - dalam materi kami.
Ada kesalahpahaman populer yang terkait dengan lubang hitam: mereka adalah sejenis penyedot debu ruang yang menghabiskan segala sesuatu di sekitarnya. Tentu saja, mereka "memberi makan", tetapi perut mereka kecil. Masalahnya tidak muncul ketika mereka "makan", tetapi ketika mereka "muntah" setelah terlalu banyak makan malam. Itulah yang benar-benar menakutkan.
Ini sebenarnya sedikit lebih rumit. Berdasarkan fakta bahwa jari-jari lubang hitam sebanding dengan massanya, beberapa perhitungan dapat dibuat. Pertama, mari kita memoles beberapa dasar-dasarnya.
Apa itu lubang hitam?
Lubang hitam adalah wilayah ruang di mana gravitasi begitu kuat sehingga cahaya pun tidak dapat meninggalkannya. Gaya gravitasi di sana menyebabkan struktur ruang-waktu menekuk dan mengunci dirinya sendiri. Semua ini disebabkan oleh kompresi materi - paling sering, ini adalah sisa-sisa bintang masif - di wilayah yang sangat kecil.
Faktanya, kita tidak dapat melihat lubang hitam karena fakta bahwa cahaya tidak dapat keluar darinya. Ternyata untuk meninggalkan lubang hitam, objek apa pun harus mengembangkan kecepatan lebih tinggi dari kecepatan cahaya, yang, pada gilirannya, bergerak dengan kecepatan 299.792.458 meter per detik. Sebagai perbandingan: kecepatan lepas untuk mengatasi gravitasi bumi hanya 11,2 kilometer per detik. Namun, jika kita meluncurkan roket dari sebuah planet yang memiliki massa Bumi, tetapi dengan diameter setengahnya, maka kecepatan lepasnya adalah 15,8 kilometer per detik. Bahkan jika benda tersebut memiliki massa yang sama, kecepatan lepasnya akan lebih tinggi karena ukurannya yang lebih kecil, dan oleh karena itu, kepadatannya lebih tinggi.
Bagaimana jika kita membuat objek lebih kecil? Jika kita memampatkan massa Bumi menjadi bola dengan radius sembilan milimeter, kecepatan lepasnya mencapai kecepatan cahaya. Jika massa ini dikompresi menjadi bola yang lebih kecil, maka kecepatan lepasnya akan melebihi kecepatan cahaya. Tetapi karena kecepatan cahaya adalah batas kecepatan kosmik, tidak ada yang bisa meninggalkan bola ini.
Jari-jari di mana massa memiliki kecepatan lepas sama dengan kecepatan cahaya disebut jari-jari Schwarzschild. Objek apa pun yang lebih kecil dari radius Schwarzschild-nya adalah lubang hitam. Dengan kata lain, objek apa pun dengan kecepatan lepas lebih tinggi dari kecepatan cahaya adalah lubang hitam. Untuk membuat objek seperti itu dari Matahari, ia harus dikompresi hingga radius sekitar tiga kilometer.
Lubang hitam memiliki dua bagian utama: singularitas dan cakrawala peristiwa. Ukuran cakrawala peristiwa lubang hitam dianggap ukurannya karena dapat dihitung dan diukur.
Cakrawala juga dianggap sebagai "titik tidak bisa kembali" di sekitar lubang hitam. Ini bukan permukaan fisik, tetapi bola yang mengelilingi singularitas yang menandai batas, kecepatan melarikan diri dari yang sama dengan kecepatan cahaya. Jari-jari daerah ini adalah jari-jari Schwarzschild.
Begitu materi berada di luar cakrawala peristiwa, ia mulai jatuh menuju pusat lubang hitam. Dengan gravitasi yang begitu kuat, materi dikompresi menjadi suatu titik - volume kepadatan gila yang sangat kecil. Poin ini adalah singularitas. Ini dapat diabaikan dan, menurut model teoretis modern, memiliki kerapatan tak terbatas. Sangat mungkin bahwa hukum fisika yang kita tahu dilanggar pada singularitas. Para ilmuwan secara aktif menyelidiki masalah ini untuk memahami apa yang terjadi di singularitas, serta untuk mengembangkan teori lengkap yang menjelaskan apa yang terjadi di pusat lubang hitam. Mari kita lakukan beberapa perhitungan
Mari kita lihat apa yang bisa kita pelajari tentang lubang hitam satu milimeter. Menurut perhitungan, lubang hitam seperti itu dengan jari-jari Schwarzschild akan memiliki massa 7 x 10 ^ 23 kilogram - lebih dari lima massa Bulan (menurut rumus R = 2MG / c ^ 2, di mana R adalah jari-jari Schwarzschild, M adalah massa benda, G adalah konstanta gravitasi, dan c adalah kecepatan cahaya).
Rasio Bumi terhadap Matahari adalah tiga bagian berbanding satu juta. Jadi, jika Bumi menjadi lubang hitam, radiusnya hanya sembilan milimeter. Oleh karena itu, lubang hitam satu milimeter akan memiliki massa 11% dari massa Bumi. Kami pasti akan memiliki masalah dengan 11% massa ekstra di planet ini.
Bahkan gravitasi total Bumi akan meningkat secara nyata. Gravitasi ekstra ini sudah cukup untuk mengubah orbit Bulan, sehingga ia bisa terbang keluar dari orbitnya saat ini dan mulai bergerak dalam orbit elips.
Di mana lubang hitam imajiner ini - di permukaan, di pusat Bumi, atau berputar di sekitarnya? Mari kita asumsikan bahwa itu ada di permukaan planet ini. Area pengaruh gravitasinya akan menjadi sekitar sepertiga dari jari-jari Bumi - sekitar 2124 kilometer.
Semua materi di sekitar lubang hitam mikroskopis ini akan segera merasakan gravitasi yang kuat darinya, dan lubang itu, pada gilirannya, akan menyerap segala sesuatu dalam perjalanannya ke pusat Bumi, yang akan dicapainya dalam waktu sekitar 42 menit dari saat itu. muncul. Itu akan melewati inti bumi dan mencapai sisi lain dari permukaan bumi dalam waktu yang hampir bersamaan.
Jika sebuah lubang hitam muncul di permukaan dengan kecepatan relatif kurang dari 12 km / s, ia akan berputar di sekitar Planet Biru bersama dengan area gravitasinya. Sederhananya, itu adalah penghancuran kerak bumi dan sebagian besar mantelnya. Dan jika lebih sederhana lagi, itu berarti kematian semua makhluk hidup di permukaan bumi.
Tingkat pertambahan dan batas Eddington
Sebagian besar massa Bumi di sekitar lubang hitam akan menjadi makanan dan bertambah olehnya. Namun, sebelum jatuh ke dalam lubang hitam, semua materi ini perlu kehilangan momentum sudutnya - itulah sebabnya ia akan mulai berputar di sekitarnya, membentuk piringan akresi.
Bahan ini menghasilkan banyak panas, yang pada akhirnya akan terpancar. Radiasi memiliki tekanan yang akan memperlambat pertambahan lebih lanjut. Kedua efek ini saling menyeimbangkan - ini disebut batas Eddington.
Batas Eddington juga menempatkan batas keras pada tingkat pertambahan lubang hitam. Disk akresi kecil kemungkinan besar akan memiliki suhu sekitar enam ribu Kelvin - hampir sama dengan inti Bumi atau permukaan Matahari.
Beberapa proses gesekan akan muncul antara piringan akresi dan massa Bumi, sebagai akibatnya lubang hitam mikroskopis akan mengendap di inti planet.
Kematian di lubang hitam
Secara keseluruhan, dibutuhkan lima miliar tahun untuk lubang hitam seperti itu untuk menelan Bumi. Ini akan secara signifikan meningkatkan massa Bumi. Dan, tentu saja, itu akan segera menciptakan kekacauan total di planet ini, yang hanya dalam beberapa jam akan berubah menjadi potongan kerak yang runtuh, lava, gas panas, dan lainnya yang tidak berpenghuni.
Kehidupan akan menjadi tidak mungkin, dan massa lubang hitam yang tinggi dapat menghancurkan sabuk asteroid. Ini, pada gilirannya, dapat menyebabkan seringnya tabrakan di tata surya selama jutaan tahun ke depan. Bulan akan terus berputar mengelilingi Bumi Baru (lubang hitam), tetapi dalam orbit elips yang sangat memanjang.
Lubang hitam tidak akan segera bergerak ke pusat Bumi, melainkan akan berputar di sekitarnya untuk sementara waktu, tetapi pada akhirnya akan sampai ke sana. Untuk memahami bagaimana lubang hitam mikroskopis ini akan tumbuh dalam massa, diperlukan perhitungan dan simulasi yang rumit.
Semua ini dapat diringkas dalam kata-kata astrofisikawan terkenal di dunia dan pempopuler sains Neil DeGrasse Tyson: “Kematian paling spektakuler di Semesta, tentu saja, jatuh ke dalam lubang hitam. Di mana lagi di Alam Semesta Anda bisa kehilangan nyawa karena fakta bahwa Anda tercabik-cabik menjadi atom?"