Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Nieuwe visualisatie van zwarte gaten brengt kijkers voorbij de rand

Krediet:NASA's Goddard Space Flight Center/J. Schnittman en B. Powell

Heb je je ooit afgevraagd wat er gebeurt als je in een zwart gat valt? Dankzij een nieuwe, meeslepende visualisatie geproduceerd op een NASA-supercomputer kunnen kijkers nu in de waarnemingshorizon duiken, het point of no return van een zwart gat.



‘Mensen vragen hier vaak naar, en door deze moeilijk voor te stellen processen te simuleren, kan ik de wiskunde van de relativiteitstheorie verbinden met daadwerkelijke gevolgen in het echte universum’, zegt Jeremy Schnittman, astrofysicus bij het Goddard Space Flight Center van NASA in Greenbelt, Maryland. maakte de visualisaties. "Dus heb ik twee verschillende scenario's gesimuleerd, één waarin een camera (een vervanger voor een gedurfde astronaut) net de waarnemingshorizon mist en weer naar buiten schiet, en één waarin hij de grens overschrijdt en zijn lot bezegelt."

De visualisaties zijn beschikbaar in meerdere vormen. Uitlegvideo's fungeren als sightseeinggidsen en belichten de bizarre effecten van Einsteins algemene relativiteitstheorie. Versies die worden weergegeven als 360-gradenvideo's laten kijkers tijdens de reis rondom kijken, terwijl andere als platte kaarten van de hele hemel spelen.

Om de visualisaties te maken, werkte Schnittman samen met collega-Goddard-wetenschapper Brian Powell en gebruikte hij de Discover-supercomputer van het NASA Center for Climate Simulation. Het project genereerde ongeveer 10 terabytes aan gegevens – wat overeenkomt met grofweg de helft van de geschatte tekstinhoud in de Library of Congress – en duurde ongeveer vijf dagen op slechts 0,3% van de 129.000 processors van Discover. Dezelfde prestatie zou op een gemiddelde laptop meer dan tien jaar duren.

De bestemming is een superzwaar zwart gat met 4,3 miljoen keer de massa van onze zon, wat overeenkomt met het monster dat zich in het centrum van ons Melkwegstelsel bevindt.

In deze visualisatie van een vlucht naar een supermassief zwart gat benadrukken labels veel van de fascinerende kenmerken die voortkomen uit de effecten van de algemene relativiteitstheorie. De simulatie, geproduceerd op een NASA-supercomputer, volgt een camera terwijl deze nadert, kort ronddraait en vervolgens de waarnemingshorizon passeert (het punt waarop geen terugkeer meer mogelijk is) van een monsterlijk zwart gat dat lijkt op dat in het centrum van onze Melkweg. Krediet:NASA's Goddard Space Flight Center/J. Schnittman en B. Powell

"Als je de keuze hebt, wil je in een superzwaar zwart gat vallen", legde Schnittman uit. "Zwarte gaten met een enorme massa, die tot zo'n 30 zonsmassa's bevatten, hebben een veel kleinere waarnemingshorizon en sterkere getijdenkrachten, die naderende objecten uit elkaar kunnen scheuren voordat ze de horizon bereiken."

Dit gebeurt omdat de zwaartekracht aan het uiteinde van een object dichter bij het zwarte gat veel sterker is dan aan het andere uiteinde. Vallende objecten strekken zich uit als noedels, een proces dat astrofysici spaghettificatie noemen.

De waarnemingshorizon van het gesimuleerde zwarte gat beslaat ongeveer 25 miljoen kilometer, oftewel ongeveer 17% van de afstand van de aarde tot de zon. Een platte, wervelende wolk van heet, gloeiend gas, een accretieschijf genaamd, omringt deze en dient als visuele referentie tijdens de val. Dat geldt ook voor gloeiende structuren, fotonringen genaamd, die zich dichter bij het zwarte gat vormen door licht dat er een of meerdere keren omheen heeft gecirkeld. Een achtergrond van de sterrenhemel, gezien vanaf de aarde, maakt het tafereel compleet.

Naarmate de camera het zwarte gat nadert en snelheden bereikt die steeds dichter bij die van het licht zelf komen, wordt de gloed van de accretieschijf en achtergrondsterren op vrijwel dezelfde manier versterkt als het geluid van een naderende raceauto in toonhoogte stijgt. Hun licht lijkt helderder en witter als je in de rijrichting kijkt.

De films beginnen met de camera die zich bijna 640 miljoen kilometer verderop bevindt, waarbij het zwarte gat snel het zicht vult. Gaandeweg worden de schijf van het zwarte gat, de fotonringen en de nachtelijke hemel steeds meer vervormd – en vormen ze zelfs meerdere beelden terwijl hun licht de steeds meer vervormde ruimte-tijd doorkruist.

Rond een alternatieve visualisatie die een camera volgt terwijl deze een superzwaar zwart gat nadert, ernaar toe valt, er kort in een baan rond draait en eraan ontsnapt. Met deze meeslepende 360 ​​graden-versie kunnen kijkers tijdens de vlucht rondkijken. Krediet:NASA's Goddard Space Flight Center/J. Schnittman en B. Powell

In realtime heeft de camera ongeveer drie uur nodig om de waarnemingshorizon te bereiken, waarbij hij onderweg bijna twee volledige banen van 30 minuten uitvoert. Maar voor iedereen die van een afstandje observeert, zou het nooit helemaal zover komen. Naarmate de ruimte-tijd dichter bij de horizon steeds meer vervormd raakt, vertraagt ​​het beeld van de camera en lijkt het dan net te bevriezen. Dit is de reden waarom astronomen zwarte gaten oorspronkelijk 'bevroren sterren' noemden.

Aan de gebeurtenishorizon stroomt zelfs de ruimte-tijd zelf naar binnen met de snelheid van het licht, de kosmische snelheidslimiet. Eenmaal daarbinnen snellen zowel de camera als de ruimte-tijd waarin hij beweegt naar het centrum van het zwarte gat – een eendimensionaal punt dat een singulariteit wordt genoemd, waar de wetten van de natuurkunde zoals wij die kennen niet meer werken.

"Zodra de camera de horizon passeert, is de vernietiging ervan door spaghettificatie slechts 12,8 seconden verwijderd", zei Schnittman. Vanaf daar is het nog maar 128.000 kilometer naar de singulariteit. Dit laatste deel van de reis is in een oogwenk voorbij.

In het alternatieve scenario draait de camera dicht bij de waarnemingshorizon, maar steekt hij nooit over en ontsnapt hij niet in veiligheid. Als een astronaut tijdens deze zes uur durende rondreis met een ruimtevaartuig zou vliegen terwijl haar collega's op een moederschip ver van het zwarte gat bleven, zou ze 36 minuten jonger terugkeren dan haar collega's. Dat komt omdat de tijd langzamer verstrijkt in de buurt van een sterke zwaartekrachtbron en wanneer de tijd dichtbij de lichtsnelheid beweegt.

"Deze situatie kan zelfs nog extremer zijn", merkte Schnittman op. "Als het zwarte gat snel ronddraaide, zoals getoond in de film 'Interstellar' uit 2014, zou ze vele jaren jonger terugkeren dan haar scheepsmaten."

Geleverd door NASA




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Kleine eiwitten spelen grote rol in cellulaire energiebalans
  2. Wilgenroosje:de roze pionier
  3. Zwarte boeren in Brazilië veranderen hun opvattingen over de koffieproductie
  4. Structuur van het hart Cell
  5. Uit onderzoek blijkt dat Australische grotten tot 500.000 jaar ouder zijn dan we dachten, en het zou een megafauna-mysterie kunnen verklaren
  6. Natures 3D-printer:Borstelwormen vormen stukje bij beetje borstelharen
  7. Hoe het herstellen van overvolle bossen meerdere uiteenlopende voordelen kan opleveren
  8. Angiogenese versus vasculogenese
  9. Uit nieuw onderzoek blijkt dat bioluminescentie vaker voorkomt dan eerder werd gedacht bij diepzeegarnalen

Wetenschap