Een paar in een baan om de aarde draaiende zwarte gaten, miljoenen keren de massa van de zon, voeren een hypnotiserende pas de deux uit in een nieuwe NASA-visualisatie. De film laat zien hoe de zwarte gaten het licht dat afkomstig is van de maalstroom van heet gas, een accretieschijf genaamd, die elk van hen omringt, vervormen en omleiden.

Gezien vanuit de buurt van het orbitale vlak, elke accretieschijf krijgt een karakteristieke dubbele bult. Maar als de een voor de ander voorbijgaat, de zwaartekracht van het zwarte gat op de voorgrond transformeert zijn partner in een snel veranderende reeks bogen. Deze vervormingen treden op als het licht van beide schijven door het verwarde weefsel van ruimte en tijd in de buurt van de zwarte gaten navigeert.

"We zien twee superzware zwarte gaten, een grotere met 200 miljoen zonsmassa's en een kleinere metgezel die half zoveel weegt, " zei Jeremy Schnittman, een astrofysicus bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, die de visualisatie heeft gemaakt. "Dit zijn het soort binaire systemen met zwarte gaten waarvan we denken dat beide leden accretieschijven kunnen behouden die miljoenen jaren meegaan."

De accretieschijven hebben verschillende kleuren, rood en blauw, om het gemakkelijker te maken om de lichtbronnen te volgen, maar de keuze weerspiegelt ook de werkelijkheid. Heter gas geeft licht af dichter bij het blauwe uiteinde van het spectrum, en materiaal dat om kleinere zwarte gaten draait, ondervindt sterkere zwaartekrachtseffecten die hogere temperaturen veroorzaken. Voor deze massa's beide accretieschijven zouden eigenlijk het meeste van hun licht in de UV uitstralen, waarbij de blauwe schijf een iets hogere temperatuur bereikt.

Dergelijke visualisaties helpen wetenschappers zich de fascinerende gevolgen van de funhouse-spiegel van extreme zwaartekracht voor te stellen. De nieuwe video is een verdubbeling van een eerdere video die Schnittman maakte, waarop een eenzaam zwart gat vanuit verschillende hoeken te zien is.

Bijna op de rand gezien, de accretieschijven zien er aan één kant merkbaar helderder uit. Zwaartekrachtvervorming verandert de paden van licht afkomstig van verschillende delen van de schijven, waardoor het vervormde beeld ontstaat. De snelle beweging van gas in de buurt van het zwarte gat wijzigt de helderheid van de schijf door een fenomeen dat Doppler-boost wordt genoemd - een effect van Einsteins relativiteitstheorie dat de zijde die naar de kijker draait helderder maakt en de zijde die wegdraait dimt.

De visualisatie toont ook een subtieler fenomeen dat relativistische aberratie wordt genoemd. De zwarte gaten lijken kleiner naarmate ze de kijker naderen en groter als ze zich verder weg bewegen.

Deze effecten verdwijnen wanneer u het systeem van bovenaf bekijkt, maar er ontstaan ​​nieuwe functies. Beide zwarte gaten produceren kleine afbeeldingen van hun partners die elke baan om hen heen cirkelen. dichterbij kijken, het is duidelijk dat deze afbeeldingen eigenlijk edge-on views zijn. Om ze te produceren, licht van de zwarte gaten moet 90 graden worden omgeleid, wat betekent dat we de zwarte gaten tegelijkertijd vanuit twee verschillende perspectieven bekijken - gezicht op en rand op.

"Een opvallend aspect van deze nieuwe visualisatie is het zelfgelijkende karakter van de beelden geproduceerd door zwaartekrachtlenzen, "Verklaarde Schnittman. "Inzoomen op elk zwart gat onthult meerdere, steeds vervormdere beelden van zijn partner."

Schnittman maakte de visualisatie door het pad te berekenen dat lichtstralen van de accretieschijven aflegden terwijl ze zich een weg baanden door de kromgetrokken ruimte-tijd rond de zwarte gaten. Op een moderne desktopcomputer, de berekeningen die nodig zijn om de filmframes te maken, zouden ongeveer een decennium hebben geduurd. Dus werkte Schnittman samen met Goddard-datawetenschapper Brian P. Powell om de Discover-supercomputer te gebruiken in het NASA Center for Climate Simulation. Met slechts 2% van Discover's 129, 000 verwerkers, deze berekeningen duurden ongeveer een dag.

Astronomen verwachten dat, in de niet al te verre toekomst, ze zullen zwaartekrachtgolven kunnen detecteren - rimpelingen in de ruimte-tijd - die worden geproduceerd wanneer twee superzware zwarte gaten in een systeem dat lijkt op het systeem dat Schnittman afbeeldde, samensmelten en samensmelten.