חורים שחורים נראים לנו כמשהו מרוחק, שלפעמים הם עושים סרטים או כותבים בספרים. לעתים נדירות אנו חושבים מה יקרה אם חור שחור מיניאטורי בקוטר של מילימטר יופיע על פני כדור הארץ שלנו. על כך - בחומר שלנו.
ישנה תפיסה מוטעית פופולרית הקשורה לחורים שחורים: הם מעין שואבי אבק בחלל שצורכים כל מה שבסביבתם. כמובן שהם "ניזונים", אבל הבטן שלהם קטנה. הבעיה לא מופיעה כשהם "אוכלים", אלא כשהם "מקיאים" אחרי יותר מדי ארוחת ערב. זה מה שבאמת מפחיד.
זה בעצם קצת יותר מסובך. בהתבסס על העובדה שהרדיוס של חור שחור הוא ביחס למסתו, ניתן לבצע כמה חישובים. ראשית, בואו נחדש כמה מן היסודות.
מהו חור שחור
חור שחור הוא אזור בחלל שבו הכבידה כה חזקה שאפילו אור לא יכול לעזוב אותו. כוח הכובד שם גורם למרקם של זמן-זמן להתכופף ולהינעל לעצמו. כל זה נובע מדחיסת החומר - לרוב אלה שרידי כוכב מאסיבי - בתוך אזור קטן במיוחד.
למעשה, איננו יכולים לראות חורים שחורים בשל העובדה שאור אינו יכול לצאת מהם. מסתבר שכדי לעזוב את החור השחור, כל אובייקט חייב לפתח מהירות גבוהה יותר ממהירות האור, אשר בתורו נע במהירות של 299 792 458 מטרים לשנייה. לשם השוואה: מהירות הבריחה להתגברות על כוח הכבידה של כדור הארץ היא רק 11.2 קילומטרים לשנייה. עם זאת, אם היינו משגרים רקטה מכוכב הלכת בעל המסה של כדור הארץ, אך עם חצי מהקוטר, אז מהירות הבריחה תהיה 15.8 קילומטרים לשנייה. גם אם לאובייקט מסה זהה, מהירות הבריחה תהיה גבוהה יותר בשל גודלו הקטן יותר, ולכן צפיפותו גבוהה יותר.
מה אם נעשה את האובייקט עוד יותר קטן? אם נדחס את מסת כדור הארץ לכדור בעל רדיוס של תשעה מילימטרים, מהירות הבריחה מגיעה למהירות האור. אם המסה הזו נדחסת לכדור קטן עוד יותר, אז מהירות הבריחה תעלה על מהירות האור. אך מכיוון שמהירות האור היא הגבול המהיר הקוסמי, שום דבר לא יכול לעזוב את הכדור הזה.
הרדיוס שבו יש למסה מהירות בריחה השווה למהירות האור נקרא רדיוס שוורצילד. כל אובייקט קטן יותר מרדיוס שוורצשילד שלו הוא חור שחור. במילים אחרות, כל אובייקט בעל מהירות בריחה גבוהה ממהירות האור הוא חור שחור. כדי ליצור אובייקט כזה מהשמש, יהיה עליו לדחוס אותו לרדיוס של כשלושה קילומטרים.
לחור שחור שני חלקים עיקריים: הייחודיות ואופק האירוע. גודל אופק האירועים של חור שחור נחשב לגודלו מכיוון שניתן לחשבו ולמדוד אותו.
האופק נחשב גם כ"נקודת אל חזור "בקרבת חור שחור. זהו אינו משטח פיזי, אלא כדור המקיף ייחוד המציין גבול, שמהירות הבריחה ממנו שווה למהירות האור. הרדיוס של אזור זה הוא רדיוס שוורצשילד מאוד.
ברגע שהחומר נמצא מעבר לאופק האירועים, הוא מתחיל ליפול לכיוון מרכז החור השחור. עם כוח משיכה כה חזק, החומר נדחס לנקודה - נפח קטן להפליא של צפיפות מטורפת. נקודה זו היא ייחוד. הוא זניח ולפי מודלים תיאורטיים מודרניים יש לו צפיפות אינסופית. בהחלט ייתכן שחוקי הפיזיקה שאנו מכירים מופרים ביחידות.מדענים חוקרים את הנושא הזה באופן פעיל על מנת להבין מה קורה ביחודיות, כמו גם לפתח תיאוריה שלמה המתארת את מה שקורה במרכז חור שחור. בואו נעשה כמה חישובים
בואו נראה מה נוכל ללמוד על חור שחור של מילימטר אחד. על פי החישובים, חור שחור כזה עם רדיוס של שוורצילד יהיה בעל מסה של 7 x 10 ^ 23 ק"ג - יותר מחמש מסות של הירח (לפי הנוסחה R = 2MG / c ^ 2, כאשר R הוא רדיוס שוורצשילד, M היא מסה של האובייקט, G הוא קבוע הכבידה, ו- c הוא מהירות האור).
היחס בין כדור הארץ לשמש הוא שלושה חלקים למיליון. לפיכך, אם כדור הארץ יהפוך לחור שחור, הרדיוס שלו יהיה תשעה מילימטרים בלבד. לכן, חור שחור של מילימטר אחד יהיה בעל מסה של 11% ממסת כדור הארץ. בהחלט היו לנו בעיות עם המסה הנוספת של 11% על פני כדור הארץ.
די אפילו בכוח הכבידה הכולל של כדור הארץ יגדל באופן ניכר. כוח הכבידה הנוסף הזה היה מספיק כדי לשנות את מסלול הירח, כך שהוא יכול פשוט לעוף מהמסלול הנוכחי שלו ולהתחיל לנוע במסלול אליפטי.
היכן נמצא החור השחור הדמיוני הזה - על פני השטח, במרכז כדור הארץ, או סובב סביבו? נניח שהוא על פני כדור הארץ. שטח השפעת הכבידה שלו יהיה כשליש מרדיוס כדור הארץ - כ- 2124 קילומטרים.
כל החומר בסביבתו הקרובה של החור השחור המיקרוסקופי הזה ירגיש מיידית כוח משיכה ממנו, והחור, בתורו, יספוג הכל בדרך למרכז כדור הארץ, אליו הוא יגיע תוך כ -42 דקות מהרגע זה הופיע. הוא היה עובר דרך ליבת כדור הארץ ומגיע לצד השני של פני כדור הארץ בערך באותו הזמן.
אם חור שחור יופיע על פני השטח במהירות יחסית של פחות מ -12 קמ"ש, הוא היה מסתובב סביב הכוכב הכחול יחד עם אזור הכבידה שלו. במילים פשוטות, זהו הרס קרום כדור הארץ ורוב מעטפתו. ואם זה אפילו יותר פשוט, זה אומר מותם של כל היצורים החיים על פני כדור הארץ.
שיעור צבירה ומגבלת אדינגטון
רוב המסה של כדור הארץ סביב החור השחור תהפוך למזון ותצטבר על ידו. אולם לפני שהוא נופל לתוך חור שחור, כל החומר הזה יצטרך לאבד את המומנטום הזוויתי שלו - ולכן הוא יתחיל להסתובב סביבו וייצור דיסק צבירה.
חומר זה מייצר חום רב, שבסופו של דבר יקרין אותו. לקרינה יש לחץ שיאט את צבירה נוספת. שתי ההשפעות הללו מאזנות זו את זו - זה נקרא גבול אדינגטון.
מגבלת אדינגטון גם מגבילה את מידת ההצטברות של חור שחור. סביר להניח שיש לדיסק הצטברות קטן טמפרטורה של כששת אלפים קלווין - בערך זהה לליבת כדור הארץ או פני השמש.
כמה תהליכי חיכוך יתעוררו בין דיסק הצבירה למסה של כדור הארץ, וכתוצאה מכך יתיישב חור שחור מיקרוסקופי בליבת כדור הארץ.
מוות בחור שחור
בסך הכל ייקח חמישה מיליארד שנים עד שחור כה שחור יבלע את כדור הארץ. זה יגדיל משמעותית את מסת כדור הארץ. וכמובן, זה ייצור מיידית בלגן מוחלט על פני כדור הארץ, שבעוד כמה שעות יהפוך לחתיכת חלל לא מיושבת של קרום מתמוטט, לבה, גזים חמים וכל השאר.
החיים יהפכו לבלתי אפשריים, והמסה הגבוהה של החור השחור עלולה להרוס את חגורת האסטרואידים. זה, בתורו, עלול להוביל להתנגשויות תכופות במערכת השמש במשך מיליון השנים הקרובות. הירח ימשיך להסתובב סביב כדור הארץ החדש (חור שחור), אך במסלול אליפטי מוארך מאוד.
החור השחור לא יעבור מיד למרכז כדור הארץ, אלא הוא יסתובב סביבו לזמן מה, אך בסופו של דבר הוא יגיע אליו. כדי להבין כיצד החור השחור המיקרוסקופי הזה יגדל במסה דורש חישובים והדמיות מורכבים.
את כל זה אפשר לסכם בדבריו של האסטרופיזיקאי המפורסם והפופולריסט של המדע ניל דגראסה טייסון: "המוות המרהיב ביותר ביקום הוא כמובן ליפול לתוך חור שחור. היכן עוד ביקום אתה יכול לאבד את חייך בגלל העובדה שנקרעת לאטומים?"