Насина визуелизација црне рупе води нас до тачке без повратка

Алберт Ајнштајн је био у праву: постоји област на ивици црних рупа где материја више не може да остане у орбити и уместо тога пада, као што је предвидела његова теорија гравитације.

„Симулација ових тешко замисливих процеса помаже ми да повежем прорачуне теорије релативности са стварним последицама у стварном универзуму“, наводи Џереми Шнитман, астрофизичар из Насиног Центра Годард за свемирске летове у Мериленду, који креирао визуелизације.

„Тако да сам симулирао два различита сценарија, један у којем камера – која представља смелог астронаута – једноставно промаши хоризонт црне рупе и попут праћке се враћа назад, а други где прелази границу, запечативши своју судбину.“

Визуелизације су доступне у више облика. Видео-снимци са објашњењима делују као водичи за разгледање, осветљавајући бизарне ефекте Ајнштајнове опште теорије релативности. Верзије приказане као видео снимци од 360 степени омогућавају гледаоцима да разгледају околину током путовања, док се друге приказују као равне мапе целог неба.

Да би креирао визуализације, Шнитман се удружио са колегом Брајаном Пауелом и користио суперкомпјутер „Дискавери“ у Насином Центру за симулацију климе. Пројекат је генерисао око 10 терабајта података – што је еквивалентно отприлике половини процењеног текстуалног садржаја у Конгресној библиотеци – и трајао је око пет дана на само 0,3% од 129.000 „Дискаверијевих“ процесора. За исти подвиг би требало више од једне деценије на типичном лаптопу.

Као одредиште је одређена супермасивна црна рупа са 4,3 милиона пута већом масом од нашег Сунца, што је еквивалент чудовишту које се налази у центру наше галаксије Млечни пут.

„Црне рупе звездане масе до 30 соларних маса, поседују много мање хоризонте догађаја и јаче плимне силе, које могу да растргну објекте који се приближавају пре него што дођу до хоризонта“, напомиње Шнитман.

Ово се дешава зато што је гравитационо привлачење на крају објекта ближе црној рупи много јаче од оне на другом крају. Предмети који се приближавају растежу се као резанци, процес који астрофизичари називају шпагетификација.

Хоризонт догађаја симулиране црне рупе простире се на око 25 милиона километара, или на око 17% удаљености од Земље до Сунца. Раван, усковитлани облак врелог, ужареног гаса који се зове акрециони диск окружује га и служи као визуелна референца током пада. Исто тако раде и ужарене структуре зване фотонски прстенови, који се формирају ближе црној рупи од светлости која је око ње обишла један или више пута. Позадина звезданог неба како се види са Земље употпуњује сцену.

Како се камера приближава црној рупи, достижући брзине које су све ближе брзини саме светлости, сјај са акреционог диска и позадинских звезда постаје појачан на исти начин као што се звук тркачког аутомобила који се приближава све јачи. Њихово светло изгледа светлије и беље када гледају у правцу кретања.

Филмови почињу снимком камере која се налази на скоро 640 милиона километара далеко, а црна рупа брзо испуњава екран. Успут, диск црне рупе, фотонски прстенови и ноћно небо постају све више изобличени – и чак формирају више слика док њихова светлост пролази кроз све више искривљени простор-време.

У реалном времену, камери је потребно око три сата да падне на хоризонт догађаја, изводећи скоро две потпуне 30-минутне орбите успут. Али ономе ко посматра издалека, она никада не би стигло тамо. Како простор-време постаје све више изобличено ближе хоризонту, слика камере би се успорила, а онда би изгледала као да се замрзла. Због тога су астрономи првобитно називали црне рупе „замрзнуте звезде“.

На хоризонту догађаја, чак и сам простор-време тече ка унутра брзином светлости, космичком границом брзине. Једном у њему, и камера и простор-време у којем се креће јуре ка центру црне рупе - једнодимензионалној тачки која се зове сингуларитет, где закони физике какве познајемо престају да функционишу.

„Када камера пређе хоризонт, њено уништење шпагетизацијом је удаљено само 12,8 секунди“, рекао је Шнитман. Одатле преостаје само 128.000 километара до сингуларности. Ова последња етапа путовања се завршава за трен ока.

У алтернативном сценарију, камера кружи близу хоризонта догађаја, али никада не прелази и бежи на сигурно. Ако би астронаут летео свемирском летелицом на овом шестсатном кружном путовању, док су његове колеге на матичном броду остале далеко од црне рупе, вратио би се 36 минута млађи од својих колега. То је зато што време пролази спорије у близини јаког гравитационог извора и када се креће близу брзине светлости.

„Ова ситуација може бити још екстремнија“, приметио је Шнитман. „Када би се црна рупа брзо ротирала, попут оне приказане у филму Међузвездани из 2014, вратило би се много година млађа од својих сапутника.“