В 1974 году писатель-фантаст Ларри Нивен написал детективный роман с необычным предположением: возможно ли совершить убийство с помощью крошечной черной дыры? На первый взгляд, ответ очевиден — сильная гравитация, приливные силы и горизонт событий наверняка приведут к летальному исходу. Однако исследователи пришли к выводу, что научный ответ на этот вопрос куда сложнее.
С одной стороны, достаточно большая черная дыра, безусловно, смертельна для человека. С другой — если ее масса будет равна массе атома водорода, она окажется настолько крошечной, что пройдет незаметно. Остается вопрос: какой минимальный размер черной дыры действительно станет смертельным? Именно этой теме посвящена новая научная работа, опубликованная на платформе arXiv.
Что такое первичные черные дыры?
Исследование начинается с рассмотрения первичных черных дыр — гипотетических объектов, которые могли образоваться в первые мгновения существования Вселенной. Их массы могут варьироваться от уровня атома до нескольких масс Земли. Хотя ни одна из них пока не была обнаружена, астрономические наблюдения позволили исключить несколько диапазонов:
- Первичная черная дыра с массой менее 10¹² кг давно бы испарилась из-за излучения Хокинга.
- Объекты с массой свыше 10²⁰ кг должны были бы гравитационно линзировать звезды в нашей галактике, но подобных эффектов астрономы пока не зафиксировали.
Согласно некоторым теориям, первичные черные дыры могут быть источником темной материи. Если это так, их массы должны находиться в диапазоне 10¹³ – 10¹⁹ кг, что сопоставимо с массой астероидов. Именно этот диапазон и стал основой исследования. Ученые рассмотрели два основных эффекта, которые могли бы оказаться фатальными для человека: приливные силы и ударные волны.
Как черная дыра может навредить человеку?
Приливные силы возникают из-за разности гравитационного притяжения: чем ближе объект к черной дыре, тем сильнее воздействие. Если черная дыра массой с астероид пройдет через конечность человека, повреждения будут минимальными — что-то вроде прокола иглой.
Однако если такой объект попадет в голову, ситуация изменится. Даже незначительная разница гравитационных сил (около 10–100 наноньютонов) может привести к разрушению клеток мозга, что окажется смертельным. Тем не менее, для этого потребуется черная дыра с массой в верхней границе изучаемого диапазона.
Ударные волны представляют куда большую угрозу. Проникая в тело, черная дыра создает волну высокой плотности, которая распространяется сквозь ткани, разрушая клетки и выделяя тепловую энергию, усиливающую повреждения.
Согласно расчетам, чтобы создать ударную волну с энергией, аналогичной пуле калибра .22, достаточно черной дыры с массой 1,4 × 10¹⁴ кг. Это вполне соответствует массе возможных первичных черных дыр.
Может ли человек столкнуться с черной дырой в реальной жизни?
Исследователи приходят к выводу: да, первичная черная дыра теоретически может убить человека. Однако вероятность такого события исчезающе мала. Даже если в космосе действительно существуют черные дыры массой с астероид, их плотность настолько низка, что вероятность столкновения с человеком в течение его жизни составляет менее 1 к 10 триллионам.
В свою очередь, в недавнем исследовании ученые впервые зафиксировали доказательства того, что даже микроквазары с маломассивными звездами способны эффективно ускорять частицы. Это открытие играет ключевую роль в изучении распространения гамма-лучей во Вселенной и механизма образования космических лучей.