Симуляція польоту в надмасивну чорну діру була створена за допомогою суперкомп’ютера NASA.
На суперкомп’ютері NASA було створено візуалізацію, що занурює глядачів прямо в чорну діру, пише Phys.org.
“Люди часто цікавляться цією темою, і моделювання таких процесів, які важко уявити, допомагає пов’язати теорію відносності з реальними явищами у Всесвіті. Тому я змоделював два сценарії: перший, де камера не потрапляє в горизонт подій і повертається назад, а другий — вона перетинає межу неповернення та занурюється в чорну діру”, — каже автор візуалізації, астрофізик із Центру космічних польотів імені Годдарда NASA в Грінбелті Джеремі Шніттман.
Для створення захопливої візуалізації Шніттман і його колега Браян Павелл використовували суперкомп’ютер Discover у Центрі кліматичного моделювання NASA. У межах створення візуалізації було створено 10 терабайтів даних, що зайняло близько 5 днів. Наприклад, на звичайному ноутбуці таке завдання зайняло б понад 10 років.
На відео представлена надмасивна чорна діра, чия маса в 4,3 млн разу перевищує масу нашого Сонця. Саме такий розмір має надмасивна чорна діра в центрі Чумацького Шляху Стрілець А*.
“Чорні діри зоряної маси, що містять до 30 сонячних мас, мають набагато менший горизонт подій і потужніші приливні сили. Останні можуть розривати на частини об’єкти, які тільки наближаються до горизонту подій”, — пояснює астрофізик.
Об’єкти, що падають у чорну діру, розтягуватимуться, як локшина, цей процес учені називають спагетіфікацією.
У моделюванні горизонт подій чорної діри простягається на 25 млн км, що становить близько 17% відстані від Землі до Сонця. Плоска хмара гарячого газу, що обертається та називається акреційним диском, оточує чорну діру та служить певним візуальним орієнтиром під час падіння.
У міру падіння в чорну діру на відео з’являються так звані фотонні кільця — це світло, яке здійснило оберт навколо чорної діри один або кілька разів. На завершення глядачі бачать зоряне небо, яке поступово зникає з кадру.
Коли камера дедалі більше наближається до чорної діри, досягаючи швидкості світла, світіння акреційного диска та зірок на задньому плані посилюється. Їхнє світло здається більш яскравим і білим.
На самому початку відео камера розташовується на відстані майже 640 млн км від чорної діри. Далі диск чорної діри, фотонні кільця та нічне небо дедалі більше спотворюються й утворюють множинні зображення. Такий ефект з’являється через те, що світло від об’єктів потрапляє в частини простору-часу, які дедалі більше спотворюються.
У реальності камері знадобиться близько 3 годин, щоб дістатися до горизонту подій чорної діри. Але для тих, хто спостерігатиме за апаратом збоку, він ніколи не дістанеться до мети. Річ у тім, що в міру наближення до горизонту подій простір-час стає дуже викривленим, тому камера сповільнюватиметься, для стороннього глядача спершу сповільнюватиметься, а потім і взагалі завмре. Саме тому астрономи спочатку називали чорні діри “завмерлими зірками”.
На самому горизонті подій сам простір-час тече всередину чорної діри зі швидкістю світла. Опинившись усередині чорної діри, усе рухається до її центру — одновимірної точки, яка називається сингулярністю, в ній відомі нам закони фізики вже не працюють.
“Щойно камера перетне горизонт подій, її буде знищено внаслідок спагетіфікації всього за 12,8 секунди”, — додає Шніттман.
Від горизонту подій до сингулярності чорної діри буде 128 тис. км, але політ апарата закінчиться в одну мить.
У другому сценарії вчені відправили камеру по орбіті, близькій до горизонту подій, у якій апарат не впав у чорну діру, а полетів у безпечне місце. Якби цей 6-годинний шлях здійснив космічний корабель із астронавтом, то він би повернувся на 36 хвилин молодшим, ніж його колеги. Таке відбувається тому, що час тече повільніше поруч із потужними джерелами гравітації, а також під час руху зі швидкістю світла або близькою до неї.
“Ситуація могла б стати ще складнішою, якби чорна діра швидко оберталася, як у фільмі “Інтерстеллар”, тоді астронавт повернувся б на багато років молодшим за своїх колег”, — підсумували вчені.