Короткий ответ: он умрет. Подробнее - неизвестно, что именно будет. Наука может только предполагать. Но ничего особо приятного не произойдет, поверьте.
На почтительном расстоянии черная дыра ведет себя как звезда аналогичной массы — вокруг нее можно выйти на стабильную орбиту и вращаться там годами. По мнению ученых, там могут существовать даже пригодные для жизни планеты. Но чем ближе к дыре, тем больше будет проблем.
Радиация убьет человека
Если вы думаете, что черная дыра причинит вред человеку только тогда, когда он пересечет горизонт событий (граница вокруг дыры, из-за которой не может вернуться даже свет), то вы ошибаетесь. Трудности начнутся намного раньше, и буквально смертельно опасны.
Черные дыры редко бывают одиноки. Как правило, их окружает огромная куча материи — газа, который остался после того, как дыра прокусила какую-нибудь звезду. Газ летит по орбите с огромной скоростью, поэтому обладает чудовищной кинетической энергией и нагревается до гигантских температур.
Эта быстро вращающаяся и раскаленная штука вокруг черной дыры называется аккреционным диском.
Зрители фильма «Интерстеллар» знают, как должен выглядеть аккреционный диск. Сама черная дыра невидима, потому что поглощает любой падающий на нее свет, но можно увидеть водоворот материи вокруг нее. Аккреционный диск — это светящаяся оранжевая штука, которую заснял телескоп Event Horizon в апреле 2019 года.
Аккреционные диски черных дыр испускают мощное электромагнитное излучение. Энергия рентгеновских и гамма-лучей в миллион миллионов раз превышает энергию видимого света.
Кроме того, теоретически сама черная дыра тоже может излучать излучение Хокинга. Правда, астрофизики в этом еще не уверены и мощность излучения пренебрежимо мала.
Все эти потоки заряженных частиц, которые черная дыра разбрасывает вокруг себя на сотни световых лет, вряд ли прибавят здоровья. Небесное тело убьет человека даже на сближении обычным излучением, не прибегая к нарушениям топологии пространства и искривления времени.
Он будет сожжен материей аккреционного диска
Движение вещества в аккреционном диске черной дыры. Визуализация НАСА. Изображение: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА / Джереми Шнитман
Предположим, что космонавт заранее позаботился о радиационной безопасности — например, надел поверх скафандра пальто со свинцовой подкладкой метровой толщины. И, решив узнать, что находится в таинственных глубинах черной дыры, он продолжает свое свободное падение к ней.
Но исследователя ждет еще одно препятствие, а именно уже знакомый нам аккреционный диск. Он состоит из очень горячего газа.
Диск нагревается, когда частицы газа сталкиваются друг с другом, вращаясь с головокружительной скоростью вокруг черной дыры. Кинетическая энергия преобразуется в тепловую, и делает это достаточно хорошо — материя вблизи средней черной дыры может нагреваться до миллионов или даже триллионов кельвинов. Это немного выше, чем, например, температура нашего Солнца — 5778 К на поверхности, 15 млн К в ядре.
Наверное, не стоит напоминать, что летать сквозь потоки раскаленной плазмы небезопасно. Если человека убивает не радиация, то высокая температура.
Вообще аккреционные диски сверхмассивных черных дыр в центрах галактик относятся к числу самых ярких объектов в космосе. Их называют «квазарами». Самая горячая из них, J043947.08+163415.7, поджарится, как 600 триллионов нормальных желтых карликов вроде Солнца, если они сговорятся и выйдут сразу.
Периодически, кстати, черные дыры посылают во Вселенную релятивистские струи, или джеты — потоки плазмы с околосветовой скоростью, обычно парами, направленные от полюсов в противоположные стороны.
Астрофизики до сих пор спорят, почему это происходит, но магнитные поля вокруг дыры, похоже, делают что-то интересное с газом в аккреционном диске. Джет может непрерывно извергаться от 10 до 100 миллионов лет.
Итак, попадая в черную дыру, человек должен избегать ее полюсов, чтобы не попасть под релятивистские струи.
Спагеттит
Ввиду вышеизложенного, вероятно, было бы лучше отправиться в черную дыру без аккреционного диска. Такие тоже бывают - если по соседству нет звезд, из которых можно откачать газ. То есть дыра их всех уже благополучно поглотила.
Например, черная дыра в центре галактики Маркарян 1018 всосала в себя всю материю вокруг себя и осталась поблизости без газа. Астрофизики называют такие дыры голодающими. Бедняжки.
Или сверхмассивная дыра Стрелец А в центре нашего Млечного Пути — у нее чрезвычайно маленький, едва заметный диск. Вот почему за ней так трудно уследить.
В общем, вполне возможно приблизиться к горизонту событий черной дыры, не сталкиваясь с потоками горячей плазмы.
Проблемы, которые возникнут у астронавта дальше, будут зависеть от размера черной дыры.
Если человек упадет на объект, масса которого, скажем, равна массе Солнца (в 332 946 раз больше массы Земли), то произойдет вот что.
По мере приближения к этому интересному небесному телу будет возрастать и гравитационная сила, с которой оно действует на человека. На некотором расстоянии от отверстия оказывается, что сила тяжести, действующая на ноги, будет во много раз больше, чем сила тяжести, действующая на голову. Эта разница называется «приливной силой».
Эффекты этой силы описаны физиком Нилом де Грассом Тайсоном в его книге «Смерть в черной дыре и другие мелкие космические проблемы».
Во-первых, приливные силы черной дыры разорвут космонавта пополам ровно посередине тела (если, конечно, он упадет в дыру «солдатиком», а не боком). Затем ноги и туловище снова будут разорваны пополам. Затем снова. И так в геометрической прогрессии, пока даже атомы, из которых сделана жертва, не распадутся на элементарные частицы. Тогда весь этот поток частиц окажется за горизонтом событий.
Земля также создает приливную силу на вашем теле, но не настолько, чтобы разорвать вас на части, так что не волнуйтесь.
Вот и все. Явление в шутку называют «спагеттификацией». Обычно приливные силы черных дыр спагетифицируют звезды, но они могут справиться и с людьми.
Правда, есть один нюанс.
Произойдет что-то ужасное, но мы не будем знать, что именно
Приливные силы, как объясняет Нил Тайсон, тем больше, чем больше размер объекта по сравнению с расстоянием до центра дыры. Это означает, что черная дыра средних размеров разорвет астронавта на куски и расколет на атомы еще при сближении.
Но если черная дыра достаточно массивна и с огромным радиусом, ее приливные силы начнут растягивать путешественника после того, как он пересечет горизонт событий.
При этом, вероятно, человек может даже выжить, считает физик Лео Родригес, ведь горизонт событий — это не физический барьер, а просто граница гравитационного влияния черной дыры, на которую не способен вырваться даже свет от него.
Незадолго до падения за горизонт путешественник может успеть увидеть, как весь свет окружающих звезд искажается, а затем сжимается в точку позади, которая окрасится сначала в красный цвет, затем в белый, затем в синий. Это происходит из-за влияния гравитации дыры на длины волн проходящего света (это называется «синим смещением»).
Визуализация падения в черную дыру. Точно изображает искажение неба вокруг, но не учитывает «синеву» картинки из-за синего сдвига. Видео: SkitlerRemix/Youtube
Но никто не может точно сказать, что произойдет за горизонтом. Проблема в том, что законы физики, к которым мы привыкли, там не работают. Поэтому ученые могут только догадываться, что происходит с материей в черной дыре.
Скорее всего, по мнению Нила Тайсона, человека успешно спагеттифицируют, только не перед горизонтом событий, а за ним. Тогда то, что осталось от путешественника, попадет в сингулярность — область пространства с бесконечной плотностью в центре дыры. Здесь.
Так что никаких книжных полок и посланий азбукой Морзе из прошлого, отправленных дочери, как в «Интерстелларе», не будет.