NASA pokazuje film symulacyjny
Jak by to było wpaść do czarnej dziury?

10 maja 2024 o 14:54

Posłuchaj materiału

Czarne dziury to potwory, które połykają wszystko w kosmosie. Ekstremalne warunki, jakie stwarzają te obiekty, przekraczają ludzką wyobraźnię. Pracownik NASA opracowuje symulacje, które po raz pierwszy pokazują, jak może wyglądać czarna dziura.

NASA opublikowała symulowany film pokazujący, co by się stało, gdyby został połknięty przez czarną dziurę. the Scenariusz napisał Jeremy Schnittman Pracuje jako astrofizyk w Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda w NASA. Opiera się na obliczeniach fizycznych zawierających ogromne ilości danych. Film z muzyką trwa cztery minuty. Dla zainteresowanych wyjaśnia z kilku perspektyw, co widzisz podczas wyimaginowanej podróży i co dzieje się po drodze.

Czarne dziury można opisać jako ścieżki grawitacyjne w przestrzeni. Siły grawitacyjne masywnych obiektów są tak silne, że nawet światło nie może opuścić tego obszaru ani przez niego przejść. Zewnętrzna granica tego obszaru nazywana jest horyzontem zdarzeń. Ani informacja, promieniowanie, ani materia nie mogą przekroczyć tego horyzontu zdarzeń od środka. Siły grawitacyjne czarnych dziur są tak silne, że mogą rozerwać nawet gwiazdy.

Podobny do Strzelca A*

Czarna dziura Schnittmanna w symulacji jest podobna do dziury w centrum Drogi Mlecznej, zwanej Sagittarius A*. Grawitację szacuje się na około 4,3 miliona mas Słońca. Horyzont zdarzeń obejmuje około 25 milionów kilometrów, co stanowi około 17% drogi z Ziemi do Słońca.

Przy tworzeniu wizualizacji Schnittman współpracował ze swoim kolegą Brianem Powellem. Zespół Goddarda korzysta z superkomputera Discover w centrum symulacji klimatu NASA. Cały projekt wymaga stworzenia i przetworzenia około 10 terabajtów danych. Stanowi to około połowę szacowanej zawartości tekstu w Bibliotece Kongresu i zajmuje około pięciu dni przy użyciu zaledwie 0,3 procent ze 129 000 procesorów Discover. Na typowym laptopie osiągnięcie tej samej wydajności zajęłoby ponad dekadę.

Punkt bez powrotu

Badania nad czarnymi dziurami, które sięgają granic praw fizyki, a nawet wykraczają poza strukturę czasoprzestrzeni z jej „nieskończonością”, czynią je szczególnie atrakcyjnymi dla badaczy. Symulacja tych trudnych do wyobrażenia procesów „pomaga mi połączyć abstrakcyjną matematykę teorii względności z konsekwencjami w prawdziwym wszechświecie” – wyjaśnia Schnittman. Dlatego symulował dwa różne scenariusze. Na jednym z nich kamera astronauty przelatuje blisko horyzontu zdarzeń czarnej dziury, a następnie zostaje ponownie wyrzucona. W drugim scenariuszu astronauta i kamera wykraczają poza horyzont zdarzeń czarnej dziury, a zatem punkt, z którego nie ma szans na powrót – wyjaśnia astrofizyk.

Ogólna teoria względności Alberta Einsteina faktycznie opisuje, jak zmienia się upływ czasu w czarnych dziurach. Schnittmann również zajął się tą strukturą, którą opisuje się jako grawitacyjną dylatację czasu. Według jego obliczeń astronauta, który odbył sześciogodzinny lot w pobliżu horyzontu zdarzeń czarnej dziury, a następnie został wyrzucony z powrotem w przestrzeń kosmiczną, byłby o około 36 minut młodszy od swoich kolegów znajdujących się w wystarczającej odległości. Jeśli jest to szybko obracająca się czarna dziura, może to zająć lata, wyjaśnia Schnittman.

Obiekty stają się spaghetti

Druga symulacja jest nieco inna. Zarówno kamera, jak i czasoprzestrzeń, w której się porusza, przyspieszają w kierunku środka czarnej dziury, jednowymiarowego punktu zwanego osobliwością, w którym prawa fizyki znane na Ziemi już nie obowiązują. „Kiedy kamera przekroczy horyzont, do zniszczenia przez spaghetti będzie już tylko 12,8 sekundy” – wyjaśnia Schnittman. Ponieważ siła grawitacji na końcu obiektu najbliżej czarnej dziury jest znacznie większa niż na drugim końcu, obiekty rozszerzają się niczym kapilara. Dlatego astrofizycy nazywają ten proces spaghetti.

Pragnienia SchnittmanaAby pewnego dnia mógł udowodnić swoją teorię o czarnych dziurach. Symulacja jest pierwszym krokiem w tym kierunku.