Что, если бы Челябинский метеор был черной дырой эквивалентной массы?

Обновление: заявленные в этом ответе значения светимости черной дыры и состава излучения Хокинга, испускаемого горячей черной дырой, кажутся неточными. Проверьте ответ @AVS для более точного описания.

Для черной дыры массой в несколько тысяч метрических тонн излучение черного тела Хокинга соответствовало бы астрономически высокой температуре около$10^{16}$К ($\because T = \frac{1.227 \times 10^{23}}{M}$). Излучение такой горячей черной дыры будет в основном состоять из гамма-лучей высокой энергии, где каждый фотон несет энергию в ТэВ. Отметим, что заявленная выше температура на порядки выше той, которая требуется для начала ядерного синтеза.

Поскольку скорость большинства метеоров значительно превышает скорость убегания Земли, черная дыра может просто пройти сквозь Землю по гиперболической орбите вокруг ядра Земли (я предполагаю, что не существует другого механизма, электромагнитного или иного, который заставил бы черную дыру теряют энергию, но я могу ошибаться).$2 \times 10^{18} W$энергии огромна, фактически на порядок больше, чем количество солнечной радиации, получаемой Землей, и вся эта энергия содержится в гамма-излучении высокой энергии. Это может стать концом всех форм жизни на Земле и навсегда испортит Землю.

Обновление: не только часть земли или «множество людей», как вы говорите в обновлении вашего вопроса, я считаю, что выходной мощности будет достаточно, чтобы стерилизовать всю планету или, по крайней мере, макроскопические формы жизни. Примите во внимание тот факт, что все ядерные бомбы, когда-либо испытанные и развернутые на Земле до сих пор, вместе составляют около$10^{18} J$. Так что это будет означать, что выходная мощность черной дыры будет эквивалентна взрыву всех этих бомб каждую секунду. Более того, температура взрыва и энергия образующихся фотонов будут на порядки выше, чем при любом нормальном делении или термоядерной бомбе. Безудержные реакции, которые последуют за таким событием, будут иметь прямые и косвенные последствия для жизни на Земле. Также учтите тот факт, что выходная мощность и температура черной дыры увеличиваются все больше и больше по мере того, как черная дыра испаряется и уменьшает свою массу.

Температура излучения Хокинга в единицах энергии (для$1.3\cdot10^{7}\,\text{kg}$черная дыра)

$$T=\frac{\hbar c^3}{8\pi G M} \approx 813\,\text{GeV} .$$

Как объяснено в моем ответе на вопрос

Каков относительный состав излучения Хокинга?

для таких высоких температур излучение Хокинга состоит в основном из кварков и глюонов, которые быстро адронизуются, производя струи. А поскольку кварки и глюоны имеют много степеней свободы (из-за цвета и аромата), в результате общая мощность, излучаемая черной дырой с такой высокой температурой, будет намного больше, чем число из калькулятора излучения Хокинга Xaonon. Бумага, процитированная в моем вышеупомянутом ответе:

• Макгиббон, Дж. Х. и Уэббер, Б. Р. (1990). Излучение кварковых и глюонных струй из первичных черных дыр: мгновенные спектры . Physical Review D, 41(10), 3052, doi .

дает следующую цифру для полной мощности излучения Хокинга (я опущу неточности):

$$P_\text{tot}\approx 3.2\times10^{24}\left(\frac{T}{\text{GeV}}\right)^{2.1}\,\text{GeV sec}^{-1}.$$ Для $13\,000$метрических тонн черной дыры, это дает $P_\text{tot}\approx 6.2\cdot10^{20}\,\text{W}$, на два порядка больше, чем цифра калькулятора. (На самом деле мощность должна быть еще больше, если учитывать испускание бозонов Хиггса). Такая мощность соответствует не менее $7 \,\text{tons}\,\text{sec}^{-1}$потеря массы черной дыры и, следовательно, полное время жизни (от $13\,000\,\text{tons}$) будет менее 10 минут. Эта мощность также значительно превышает предел Эддингтона, поэтому поглощение вещества не происходит.

Около половины этой мощности будет высвобождаться в виде нейтрино/антинейтрино (и небольшая часть в виде гравитонов) и, таким образом, не будет (заметно) взаимодействовать с какой-либо материей. Остальная часть энергии будет в форме энергичных гамма-лучей и релятивистских адронов и лептонов и определенно вызовет планетарный катаклизм.

Точная структура такого катаклизма зависит от геометрии столкновения. Даже если предположить скользящий пролет черной дыры, когда последняя стадия ее взрыва произошла достаточно далеко от поверхности Земли, энергия, поглощаемая Землей, все равно будет огромной.

Помните, что Царь-Бомба выпускает только около$2\,\text{kg}\cdot c^2$энергии, в то время как наша черная дыра высвобождает примерно в 1000 раз больше энергии (в виде заряженных частиц) каждую секунду . Даже если полностью пренебречь излучением Земли при сближении с черной дырой (значительная доля энергии поглощалась бы верхними слоями атмосферы на большой площади поверхности), 5-секундный полет внутри атмосферы произвел бы огненный шар, эквивалентный нескольким тысячам Царь-бомб. Созданная ударная волна будет разрушительной по всему земному шару. Если внутри земного ядра будет выделена значительная энергия, это вызовет землетрясение огромной силы.

Тем не менее, хотя такой катаклизм может стереть с лица земли человеческую цивилизацию, с точки зрения теплоемкости мирового океана (и самой Земли) общая энергия относительно невелика. Так что жизнь в океане, скорее всего, выживет.

Этот метеор наблюдался довольно четко. И он двигался со скоростью, которая неудивительна для метеора, так что назовите его 20 км/с, просто чтобы иметь число.

3E8 Вт будут видны на довольно приличном расстоянии. Думаю, мы бы это предвидели. Если бы он не остался в Земле, то за 2 дня жизни, которые он имеет, он проходит всего около 3E6 км. Если такая масса превратилась в излучение на таком расстоянии, я думаю, мы это заметим. К концу IIRC становится намного ярче.

Я думаю, что с таким радиусом горизонта и таким количеством исходящего излучения он не особо замечает такие мелочи, как скалы, через которые можно пролететь. Я думаю, он прожигает перед собой дыру, а радиационное давление отталкивает обломки в сторону.

Так что я оцениваю 2-ish. Серьезно интенсивный яркий свет, размером с булавочную точку, идет почти прямо, выходит с другой стороны. Если он ударит вас, это будет довольно неприятно. Вероятно, от него исходит много серьезного жесткого излучения. Затем он проходит расстояние, в несколько раз превышающее расстояние до Луны, а затем совершает последнюю сверхбольшую вспышку. Насколько плохой будет эта последняя вспышка, я не могу сосчитать.

Прежде чем материя сможет быть поглощена черной дырой, она должна рассеять свой импульс, и здесь возникает аккреционный диск. Однако крошечная черная дыра не может эффективно питаться, потому что ее горизонт событий слишком мал, во-вторых, такая черная дыра будет излучать много энергии, что не позволит какой-либо материи приблизиться. Также такая черная дыра не сможет рассеять свой импульс и проникнет сквозь Землю насквозь и улетит.

Допустим, я ошибаюсь, и он утонул бы до самого центра планеты. В этом случае вся его энергия отложилась бы в ядре Земли. Испарение черной дыры массой от десяти до тринадцати тысяч метрических тонн высвободит около$10^{24}\,{\rm J}$, и если мы распространим эту энергию на$6\times10^{24}\,{\rm kg}$земного ядра, его влияние было бы незначительным. Однако черная дыра будет излучать$2\times10^{18}\,{\rm W}$этого может быть достаточно, чтобы создать и поддерживать туннель, извергающий горячую плазму в атмосферу и$10^{24}\,{\rm J}$депонировано в$6\times10^{21}\,{\rm g}$атмосферы Земли сожжет все на поверхности планеты.