Nowe symulacje superkomputerowe NASA ujawniają, jak by to było wpaść w supermasywną czarną dziurę

Supermasywne czarne dziury są w stanie gwałtownie pożreć całe gwiazdy, wypaczając strukturę czasoprzestrzeni swoją niemal niezgłębioną masą i wpływem grawitacyjnym. Jego ogromna moc i tajemnicza natura poruszyły wyobraźnię pokoleń naukowców i artystów, od Alberta Einsteina po Christophera Nolanda, którzy starali się uczynić niepoznawalne zrozumiałym poprzez swoje audiowizualne dzieła sztuki i pionierskie badania.

Teraz nowy zestaw Symulacja superkomputera NASA Daje widzom szansę zobaczenia z bliska rzeczywistości, która załamuje wpływ tych kosmicznych obiektów, pokazując, jak by to było podróżować przez horyzont zdarzeń supermasywnej czarnej dziury o masie odpowiadającej 4,3 miliona słońc.

„Ludzie często o to pytają, a symulacja tych trudnych do wyobrażenia procesów pomaga mi połączyć matematykę relatywistyczną z rzeczywistymi konsekwencjami w prawdziwym wszechświecie” – wyjaśnił astrofizyk NASA Jeremy Schnittman z Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland. Pracowałem nad tworzeniem wizualizacji. „Symulowałem więc dwa różne scenariusze, jeden, w którym kamera – zajmując miejsce śmiałego astronauty – minie horyzont zdarzeń i wraca z procą, oraz drugi, w którym przekracza granicę, przesądzając o swoim losie”.

Czy zastanawiałeś się kiedyś, co się stanie, gdy wpadniesz do czarnej dziury?

Dzięki nowej, wciągającej wizualizacji stworzonej na superkomputerze NASA, zaczynamy #Tydzień BlackHole Z hipotetycznym zejściem w horyzont zdarzeń – punkt bez powrotu dla czarnej dziury: https://t.co/aIk9MC1ayK pic.twitter.com/CoMsArORj4

– NASA (@NASA) 6 maja 2024 r

Symulacje zostały zaprojektowane przez Schnittmana i innego naukowca z NASA, Briana Powella, przy użyciu superkomputera Discover znajdującego się w Centrum Symulacji Klimatu NASA. Według agencji wykonanie tak ogromnego zadania zajęłoby typowemu laptopowi około dziesięciu lat, ale 129 000 procesorów Discover było w stanie skompilować wizualizacje w zaledwie pięć dni, wykorzystując zaledwie 0,3% swojej mocy obliczeniowej.

Osobliwość w sercu symulacji została stworzona tak, aby mieć tę samą masę co supermasywna czarna dziura w sercu Drogi Mlecznej, znana jako Sagittarius A* (Sgr A*). Jak wyjaśnił Schnittman, zdumiewający rozmiar supermasywnej czarnej dziury może działać na korzyść astronautów, pomagając im przetrwać do momentu, w którym nieustraszony odkrywca przejdzie przez horyzont zdarzeń, kiedy to zostaną rozerwane na strzępy w procesie znanym jako spaghettityzacja .

„Ryzyko spaghetti jest znacznie większe w przypadku małych czarnych dziur o masie naszego Słońca” – stwierdził Schnittman w e-mailu do IGN. Dla nich siły pływowe rozerwałyby każdy normalny statek kosmiczny na długo przed dotarciem do horyzontu. W przypadku supermasywnych czarnych dziur, takich jak Sagittarius A*, horyzont jest tak duży, że wydaje się płaski, podobnie jak statek w oceanie nie ryzykuje „wypadnięcia za horyzont”, mimo że z łatwością mógłby spaść z wodospadu na powierzchni woda. Mała rzeka.”

Astrofizyk NASA kontynuował: „Aby obliczyć dokładny moment przekształcenia się w spaghetti, wykorzystaliśmy siłę typowego ludzkiego ciała, które prawdopodobnie nie wytrzymałoby więcej niż 10 gramów przyspieszenia, więc to jest moment, w którym ogłosiliśmy zniszczenie Aparat.” . „W przypadku Strzelca A* odpowiada to jedynie 1% promienia horyzontu zdarzeń, innymi słowy, kamera/astronauta przekracza horyzont, a następnie przeżywa 99% drogi do osobliwości, zanim zostanie rozerwana lub spalona przez promieniowanie Extreme, ale to historia na inny dzień.

A co tak naprawdę zobaczy nieustraszony odkrywca, gdy zanurkuje w jedną z najciemniejszych zakamarków wszechświata? Cóż, jak sama nazwa wskazuje, osobliwości w centrum jakiejkolwiek czarnej dziury nie da się bezpośrednio zaobserwować, ponieważ jej grawitacja uniemożliwia nawet samemu światłu ucieczkę z horyzontu zdarzeń po przejściu przez niego. Jednak astronomowie Jesteśmy Potrafi obserwować świecącą masę niezwykle gorącej materii otaczającej czarną dziurę, która osadza się w płaskim dysku, gdy jest nieubłaganie ciągnięta w stronę horyzontu zdarzeń.

Wizualizacje superkomputerowe NASA ukazują z niezwykłą szczegółowością, jak masa 4,3 miliona słońc może radykalnie zniekształcić światło pochodzące z płaskiego dysku akrecyjnego. Każda symulacja rozpoczyna się od spojrzenia na czarną dziurę z odległości około 600 milionów kilometrów. Można stąd już zaobserwować wpływ grawitacji kosmicznego lewiatana, który manipuluje światłem dysku, aby wykadrować górną i dolną część horyzontu zdarzeń, nawiązując do wyglądu czarnej dziury „Gargantua” widzianej w filmie Christophera Nolanda „Interstellar” z 2014 roku.

W miarę kontynuacji lotu wpływ supermasywnej czarnej dziury nasila się, tworząc kalejdoskop przesuwających się linii fotonów, które stają się coraz cieńsze w miarę zbliżania się astronauty do horyzontu zdarzeń i jego przechodzenia przez niego.

NASA przesłała wiele wersji symulacji do serwisu youtubew tym film 360 stopni w YouTube, który daje widzom swobodę Rozejrzyjmy się wokół, jak wpadają w najgłębsze kosmiczne otchłanielub alternatywnie, Podróżowanie, aby uciec przed nienasyconym pociągnięciem ekskluzywności. Niektóre filmy pokazują także informacje dotyczące perspektywy kamery oraz tego, jak efekty relatywistyczne, takie jak dylatacja czasu – zjawisko, w którym czas płynie z różną prędkością dla różnych obserwatorów, w zależności od tego, gdzie się znajdują i jak szybko się poruszają – wpływają na osobę zbliżyć się do osobliwości.

Sprawdź ten artykuł w IGN, aby dowiedzieć się, czym jest dylatacja czasu i jaki może to być ból głowy dla przyszłych astronautów badających odległe gwiazdy. Jeśli chcesz uzyskać więcej wiadomości astronomicznych, przeczytaj o jedynym w swoim rodzaju wybuchu gwiazd, który powinien być widoczny z Ziemi jeszcze w tym roku, lub dowiedz się, jak miliony graczy Frontiers są wspólnie wymieniani jako autorzy wcześniej recenzowanych odpowiedników badań naukowych.

Źródło obrazu: NASA

Anthony jest niezależnym współpracownikiem, piszącym dla IGN o nowościach naukowych i grach wideo. Ma ponad ośmioletnie doświadczenie w zakresie przełomowych osiągnięć w wielu dziedzinach nauki i nie ma czasu, aby Cię oszukać. Śledź go na Twitterze @BeardConGamer