Bagi kita, lubang hitam adalah sesuatu yang jauh, yang terkadang membuat film atau menulis di buku. Kita jarang memikirkan apa yang akan terjadi jika miniatur lubang hitam berdiameter satu milimeter muncul di permukaan planet kita. Tentang ini - dalam materi kami.
Ada kesalahpahaman populer yang terkait dengan lubang hitam: lubang hitam adalah sejenis penyedot debu ruang angkasa yang menghabiskan semua yang ada di sekitarnya. Tentu saja, mereka "makan", tapi perut mereka kecil. Masalahnya tidak muncul saat mereka "makan", tetapi saat mereka "muntah" setelah terlalu banyak makan malam. Itu sangat menakutkan.
Ini sebenarnya sedikit lebih rumit. Berdasarkan fakta bahwa jari-jari lubang hitam sebanding dengan massanya, beberapa perhitungan dapat dilakukan. Pertama, mari memoles beberapa hal mendasar.
Apa itu lubang hitam
Lubang hitam adalah wilayah luar angkasa yang gravitasinya begitu kuat sehingga cahaya pun tidak bisa meninggalkannya. Gaya gravitasi di sana menyebabkan struktur ruang-waktu membengkok dan mengunci dirinya sendiri. Semua ini terjadi karena pemadatan materi - paling sering, sisa-sisa bintang masif - di wilayah yang sangat kecil.
Struktur lubang hitam: singularitas, cakrawala peristiwa, dan radius Schwarzschild (wilayah dari singularitas hingga cakrawala peristiwa).
Faktanya, kita tidak dapat melihat lubang hitam karena fakta bahwa cahaya tidak dapat keluar darinya. Ternyata untuk meninggalkan lubang hitam, benda apa pun harus mengembangkan kecepatan yang 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 planet yang beratnya sama dengan Bumi, tetapi hanya setengah diameternya, maka kecepatan lepasnya adalah 15,8 kilometer per detik. Bahkan jika benda tersebut memiliki massa yang sama, kecepatan lepas akan lebih tinggi karena ukurannya yang lebih kecil, dan dengan demikian, kepadatannya lebih tinggi.
Video promosi:
Bagaimana jika kita mengecilkan objek lebih jauh? Jika kita memampatkan massa bumi menjadi bola dengan radius sembilan milimeter, kecepatan lepasnya mencapai kecepatan cahaya. Jika massa ini terjepit menjadi bola yang lebih kecil lagi, maka kecepatan lepas 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 yang sama dengan kecepatan cahaya disebut jari-jari Schwarzschild. Benda apa pun yang lebih kecil dari jari-jari Schwarzschild adalah lubang hitam. Dengan kata lain, benda apa pun yang kecepatan lepasnya lebih tinggi dari kecepatan cahaya disebut lubang hitam. Untuk membuat benda seperti itu dari Matahari, benda itu harus dikompresi hingga radius sekitar tiga kilometer.
Lubang hitam memiliki dua bagian utama: singularitas dan cakrawala peristiwa. Ukuran horizon 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 sebuah bola yang mengelilingi singularitas yang menandai sebuah batas, kecepatan pelariannya 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 sebuah titik - volume kepadatan gila yang sangat kecil. Poin ini adalah singularitas. Ini dapat diabaikan dan, menurut model teoretis modern, memiliki kepadatan tak terbatas. Sangat mungkin bahwa hukum fisika yang kita ketahui dilanggar di singularitas. Ilmuwan secara aktif mengeksplorasi 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 berjari-jari Schwarzschild seperti itu 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 gravitasi konstan, 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 berukuran satu milimeter akan memiliki massa 11% dari massa Bumi. Kami pasti akan mengalami masalah dengan 11% massa ekstra di planet ini.
Bahkan gravitasi total bumi akan meningkat secara nyata. Gravitasi ekstra ini akan cukup untuk mengubah orbit Bulan, sehingga ia bisa terbang keluar dari orbitnya saat ini dan mulai bergerak dalam orbit elips.
Paraboloid Flamm mewakili ruangwaktu di luar cakrawala pertumbuhan peristiwa lubang hitam Schwarzschild.
Di manakah lubang hitam imajiner ini - di permukaan, di tengah bumi, atau di sekelilingnya? Mari kita asumsikan bahwa itu ada di permukaan planet. Area pengaruh gravitasinya akan menjadi sekitar sepertiga dari radius bumi - sekitar 2124 kilometer.
Semua materi di sekitar lubang hitam mikroskopis ini akan segera merasakan gravitasi yang kuat darinya, dan lubang tersebut, pada gilirannya, akan menyerap segala sesuatu dalam perjalanan ke pusat Bumi, yang akan dicapai dalam waktu sekitar 42 menit sejak ia muncul. Itu akan melakukan perjalanan melalui inti bumi dan mencapai sisi lain permukaan bumi dalam waktu yang hampir bersamaan.
Jika lubang hitam muncul di permukaan dengan kecepatan relatif kurang dari 12 km / jam, ia akan berputar mengelilingi Planet Biru bersama dengan luas gravitasinya. Sederhananya, ini adalah penghancuran kerak bumi dan sebagian besar mantelnya. Dan jika lebih sederhana lagi, itu berarti kematian semua kehidupan di permukaan bumi.
Laju akresi 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 harus kehilangan momentum sudutnya - itulah sebabnya ia akan mulai berputar mengelilinginya, membentuk piringan akresi.
Bahan ini menghasilkan banyak panas, yang nantinya akan terpancar. Radiasi memiliki tekanan yang akan memperlambat akresi lebih lanjut. Kedua efek ini menyeimbangkan satu sama lain - ini disebut batas Eddington.
Lubang hitam yang bertambah dalam pandangan artis
Batas Eddington juga menempatkan batas keras pada tingkat pertambahan lubang hitam. Sebuah piringan 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, akibatnya lubang hitam mikroskopis akan mengendap di inti planet.
Kematian di lubang hitam
Secara umum, dibutuhkan waktu lima miliar tahun bagi lubang hitam semacam itu untuk menelan Bumi. Ini akan meningkatkan massa Bumi secara signifikan. Dan, tentu saja, itu akan segera membuat kekacauan total di planet ini, yang hanya dalam beberapa jam akan berubah menjadi bagian luar angkasa tak berpenghuni dari kerak bumi, lahar, gas panas, dan lainnya.
Kehidupan menjadi mustahil, dan massa lubang hitam yang tinggi dapat menghancurkan sabuk asteroid. Hal 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 langsung bergerak ke pusat bumi, melainkan akan berputar mengelilinginya untuk sementara waktu, tetapi akhirnya akan sampai ke sana. Untuk memahami bagaimana lubang hitam mikroskopis ini akan tumbuh dalam massa memerlukan perhitungan dan simulasi yang rumit.
Semua ini dapat diringkas dalam kata-kata astrofisikawan terkenal dunia dan pemopuler ilmu pengetahuan Neil DeGrasse Tyson:
Vladimir Guillen