Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Astronomi

Ny visualisering af sorte hul tager seerne ud over randen

Kredit:NASAs Goddard Space Flight Center/J. Schnittman og B. Powell

Har du nogensinde spekuleret på, hvad der sker, når du falder ned i et sort hul? Nu, takket være en ny, fordybende visualisering produceret på en NASA-supercomputer, kan seerne kaste sig ud i begivenhedshorisonten, et sort huls point of no return.



"Folk spørger ofte om dette, og at simulere disse vanskeligt forestillede processer hjælper mig med at forbinde relativitetsmatematikken med faktiske konsekvenser i det virkelige univers," sagde Jeremy Schnittman, en astrofysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som skabte visualiseringerne. "Så jeg simulerede to forskellige scenarier, et hvor et kamera - et stand-in for en dristig astronaut - bare savner begivenhedshorisonten og slinger ud igen, og et hvor det krydser grænsen og besegler dens skæbne."

Visualiseringerne er tilgængelige i flere former. Forklaringsvideoer fungerer som sightseeingguider, der belyser de bizarre effekter af Einsteins generelle relativitetsteori. Versioner, der er gengivet som 360-graders videoer, giver seerne mulighed for at se sig omkring under turen, mens andre spiller som flade landkort.

For at skabe visualiseringerne slog Schnittman sig sammen med andre Goddard-forsker Brian Powell og brugte Discover-supercomputeren på NASA Center for Climate Simulation. Projektet genererede omkring 10 terabyte data – svarende til omkring halvdelen af ​​det estimerede tekstindhold i Library of Congress – og tog omkring 5 dage kørende på kun 0,3 % af Discovers 129.000 processorer. Den samme bedrift ville tage mere end et årti på en typisk bærbar computer.

Destinationen er et supermassivt sort hul med 4,3 millioner gange vores sols masse, svarende til monsteret placeret i centrum af vores Mælkevejsgalakse.

I denne visualisering af en flyvning mod en supermassiv sort hul, fremhæver etiketter mange af de fascinerende træk, der frembringes af virkningerne af generel relativitet undervejs. Fremstillet på en NASA-supercomputer, sporer simuleringen et kamera, når det nærmer sig, kortvarigt kredser og krydser begivenhedshorisonten – point of no return – af et sort monsterhul, meget ligesom det i midten af ​​vores galakse. Kredit:NASAs Goddard Space Flight Center/J. Schnittman og B. Powell

"Hvis du har valget, vil du falde ned i et supermassivt sort hul," forklarede Schnittman. "Sorte huller med stjernemasse, som indeholder op til omkring 30 solmasser, har meget mindre begivenhedshorisonter og stærkere tidevandskræfter, som kan rive objekter, der nærmer sig, fra hinanden, før de når horisonten."

Dette sker, fordi tyngdekraften på enden af ​​et objekt tættere på det sorte hul er meget stærkere end i den anden ende. Indfaldende genstande strækker sig ud som nudler, en proces som astrofysikere kalder spaghettificering.

Det simulerede sorte huls begivenhedshorisont strækker sig over omkring 16 millioner miles (25 millioner kilometer), eller omkring 17% af afstanden fra Jorden til solen. En flad, hvirvlende sky af varm, glødende gas kaldet en tilvækstskive omgiver den og tjener som en visuel reference under efteråret. Det samme gør glødende strukturer kaldet fotonringe, som dannes tættere på det sorte hul fra lys, der har kredset om det en eller flere gange. En kulisse af stjernehimlen set fra Jorden fuldender scenen.

Efterhånden som kameraet nærmer sig det sorte hul og når hastigheder stadig tættere på lysets selv, forstærkes gløden fra accretion-skiven og baggrundsstjernerne på nogenlunde samme måde, som lyden af ​​en modkørende racerbil stiger i tonehøjde. Deres lys fremstår lysere og hvidere, når de kigger ind i kørselsretningen.

Filmene begynder med kameraet placeret næsten 400 millioner miles (640 millioner kilometer) væk, hvor det sorte hul hurtigt udfylder udsigten. Undervejs bliver det sorte huls skive, fotonringe og nattehimlen mere og mere forvrænget – og danner endda flere billeder, efterhånden som deres lys krydser den mere og mere skæve rumtid.

Tour en alternativ visualisering, der sporer et kamera, når det nærmer sig, falder mod, kortvarigt kredser om og undslipper et supermassivt sort hul. Denne fordybende 360-graders version giver seerne mulighed for at se sig omkring under flyvningen. Kredit:NASAs Goddard Space Flight Center/J. Schnittman og B. Powell

I realtid tager kameraet omkring 3 timer at falde til begivenhedshorisonten og udfører næsten to komplette 30-minutters kredsløb undervejs. Men for enhver, der observerer langvejs fra, ville den aldrig helt nå dertil. Efterhånden som rum-tid bliver mere og mere forvrænget tættere på horisonten, ville billedet af kameraet blive langsommere og så tilsyneladende fryse, bare genert af det. Dette er grunden til, at astronomer oprindeligt omtalte sorte huller som "frosne stjerner."

Ved begivenhedshorisonten flyder selv rumtiden indad med lysets hastighed, den kosmiske hastighedsgrænse. Når først kameraet er inde i det, skynder både kameraet og rumtiden, hvori det bevæger sig, mod det sorte huls centrum – et endimensionelt punkt kaldet en singularitet, hvor fysikkens love, som vi kender dem, holder op med at virke.

"Når først kameraet krydser horisonten, er dets ødelæggelse ved spaghettificering kun 12,8 sekunder væk," sagde Schnittman. Derfra er der kun 79.500 miles (128.000 kilometer) til singulariteten. Denne sidste del af rejsen er forbi på et øjeblik.

I det alternative scenarie kredser kameraet tæt på begivenhedshorisonten, men det krydser aldrig over og flygter i sikkerhed. Hvis en astronaut fløj med et rumfartøj på denne 6-timers rundtur, mens hendes kolleger på et moderskib forblev langt fra det sorte hul, ville hun vende tilbage 36 minutter yngre end sine kolleger. Det er fordi tiden går langsommere i nærheden af ​​en stærk gravitationskilde, og når den bevæger sig tæt på lysets hastighed.

"Denne situation kan være endnu mere ekstrem," bemærkede Schnittman. "Hvis det sorte hul roterede hurtigt, som det, der blev vist i filmen 'Interstellar' fra 2014, ville hun vende tilbage mange år yngre end sine skibskammerater."

Leveret af NASA




Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com