Вы когда-нибудь задумывались, что происходит, когда вы падаете в черную дыру? Теперь, благодаря новой иммерсивной визуализации, созданной на суперкомпьютере НАСА, вы можете погрузиться в горизонт событий, в точку невозврата черной дыры. Впечатляющий ролик опубликован на сайте космического агентства.
«Люди часто спрашивают о трудно вообразимых процессах в черных дырах, и моделирование этих процессов помогает мне связать математику теории относительности с реальными последствиями в реальной Вселенной, — комментирует автор визуализации Джереми Шниттман, астрофизик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. — Я смоделировал два разных сценария: один, когда камера — дублер отважного космонавта — просто не попадает в горизонт событий и выстреливает обратно, а другой — когда она пересекает границу, решая свою судьбу».
Для создания визуализаций Шнитман объединился с коллегой-ученым Брайаном Пауэллом. Он использовал суперкомпьютер Discover в Центре климатического моделирования НАСА. В рамках проекта было сгенерировано около 10 терабайт данных. Это эквивалентно примерно половине предполагаемого текстового контента в Библиотеке Конгресса. Процесс генерации занял около 5 дней и был произведен всего на 0,3% из 129 000 процессоров Discover. На обычном ноутбуке та же задача заняла бы более десяти лет.
Пункт назначения в ролике — сверхмассивная черная дыра, масса которой в 4,3 миллиона раз превышает массу Солнца. Подобный монстр расположен в центре нашей галактики Млечный Путь. Горизонт событий моделируемой черной дыры охватывает около 25 миллионов километров, или примерно 17% расстояния от Земли до Солнца. Плоское, вращающееся облако горячего светящегося газа, называемое аккреционным диском, окружает его и служит визуальным ориентиром во время падения.
По мере того как камера приближается к черной дыре, достигая скорости, все более близкой к скорости самого света, свечение аккреционного диска и звезд на заднем плане усиливается почти так же, как усиливается звук приближающегося гоночного автомобиля. Их свет кажется ярче и белее, если смотреть в направлении движения. По пути диск черной дыры, фотонные кольца и ночное небо все больше искажаются. Они образуют множественные изображения, поскольку их свет пересекает все более искривленное пространство-время.
В реальном времени камере требуется около 3 часов, чтобы дойти до горизонта событий. По пути она совершит почти два полных 30-минутных витка. Но для тех, кто наблюдает издалека, она никогда не доберется до цели. Поскольку пространство-время становится все более искаженным ближе к горизонту, изображение камеры замедляется, а затем кажется, что оно замирает, едва успев приблизиться к нему. Вот почему астрономы первоначально называли черные дыры «замороженными звездами».
На горизонте событий даже само пространство-время течет внутрь со скоростью света, пределом космической скорости. Оказавшись внутри, и камера, и пространство-время, в котором она движется, устремляются к центру черной дыры — одномерной точке, называемой сингулярностью, где законы физики, какими мы их знаем, перестают действовать.
«Как только камера пересекает горизонт, ее разрушение в результате спагеттификации происходит всего за 12,8 секунды», — уточняет Шниттман. Отсюда до сингулярности всего 128 000 километров. Последний этап путешествия завершился в мгновение ока.
В альтернативном сценарии камера движется по орбите близко к горизонту событий, но никогда не пересекает его и ускользает в безопасное место. Если бы космонавт управлял звездолетом в этом 6-часовом путешествии туда и обратно, в то время как его коллеги на корабле находились далеко от черной дыры, человек вернулся бы к ним на 36 минут моложе их. Это потому, что время течет медленнее вблизи сильного источника гравитации и при движении со скоростью, близкой к скорости света. Если бы черная дыра еще и вращалась, то человек по возвращению оказался бы моложе коллег на много лет.
Ранее астрономы получили изображение редкого явления — «крест Эйнштейна», при котором свет от далеких галактик искажается, создавая четыре отдельных изображения исходного объекта вокруг гравитационной линзы.