Nasina vizuelizacija crne rupe vodi nas do tačke bez povratka

Albert Ajnštajn je bio u pravu: postoji oblast na ivici crnih rupa gde materija više ne može da ostane u orbiti i umesto toga pada, kao što je predvidela njegova teorija gravitacije.

„Simulacija ovih teško zamislivih procesa pomaže mi da povežem proračune teorije relativnosti sa stvarnim posledicama u stvarnom univerzumu“, navodi Džeremi Šnitman, astrofizičar iz Nasinog Centra Godard za svemirske letove u Merilendu, koji kreirao vizuelizacije.

„Tako da sam simulirao dva različita scenarija, jedan u kojem kamera – koja predstavlja smelog astronauta – jednostavno promaši horizont crne rupe i poput praćke se vraća nazad, a drugi gde prelazi granicu, zapečativši svoju sudbinu.“

Vizuelizacije su dostupne u više oblika. Video-snimci sa objašnjenjima deluju kao vodiči za razgledanje, osvetljavajući bizarne efekte Ajnštajnove opšte teorije relativnosti. Verzije prikazane kao video snimci od 360 stepeni omogućavaju gledaocima da razgledaju okolinu tokom putovanja, dok se druge prikazuju kao ravne mape celog neba.

Da bi kreirao vizualizacije, Šnitman se udružio sa kolegom Brajanom Pauelom i koristio superkompjuter „Diskaveri“ u Nasinom Centru za simulaciju klime. Projekat je generisao oko 10 terabajta podataka – što je ekvivalentno otprilike polovini procenjenog tekstualnog sadržaja u Kongresnoj biblioteci – i trajao je oko pet dana na samo 0,3% od 129.000 „Diskaverijevih“ procesora. Za isti podvig bi trebalo više od jedne decenije na tipičnom laptopu.

Kao odredište je određena supermasivna crna rupa sa 4,3 miliona puta većom masom od našeg Sunca, što je ekvivalent čudovištu koje se nalazi u centru naše galaksije Mlečni put.

„Crne rupe zvezdane mase do 30 solarnih masa, poseduju mnogo manje horizonte događaja i jače plimne sile, koje mogu da rastrgnu objekte koji se približavaju pre nego što dođu do horizonta“, napominje Šnitman.

Ovo se dešava zato što je gravitaciono privlačenje na kraju objekta bliže crnoj rupi mnogo jače od one na drugom kraju. Predmeti koji se približavaju rastežu se kao rezanci, proces koji astrofizičari nazivaju špagetifikacija.

Horizont događaja simulirane crne rupe prostire se na oko 25 miliona kilometara, ili na oko 17% udaljenosti od Zemlje do Sunca. Ravan, uskovitlani oblak vrelog, užarenog gasa koji se zove akrecioni disk okružuje ga i služi kao vizuelna referenca tokom pada. Isto tako rade i užarene strukture zvane fotonski prstenovi, koji se formiraju bliže crnoj rupi od svetlosti koja je oko nje obišla jedan ili više puta. Pozadina zvezdanog neba kako se vidi sa Zemlje upotpunjuje scenu.

Kako se kamera približava crnoj rupi, dostižući brzine koje su sve bliže brzini same svetlosti, sjaj sa akrecionog diska i pozadinskih zvezda postaje pojačan na isti način kao što se zvuk trkačkog automobila koji se približava sve jači. Njihovo svetlo izgleda svetlije i belje kada gledaju u pravcu kretanja.

Filmovi počinju snimkom kamere koja se nalazi na skoro 640 miliona kilometara daleko, a crna rupa brzo ispunjava ekran. Usput, disk crne rupe, fotonski prstenovi i noćno nebo postaju sve više izobličeni – i čak formiraju više slika dok njihova svetlost prolazi kroz sve više iskrivljeni prostor-vreme.

U realnom vremenu, kameri je potrebno oko tri sata da padne na horizont događaja, izvodeći skoro dve potpune 30-minutne orbite usput. Ali onome ko posmatra izdaleka, ona nikada ne bi stiglo tamo. Kako prostor-vreme postaje sve više izobličeno bliže horizontu, slika kamere bi se usporila, a onda bi izgledala kao da se zamrzla. Zbog toga su astronomi prvobitno nazivali crne rupe „zamrznute zvezde“.

Na horizontu događaja, čak i sam prostor-vreme teče ka unutra brzinom svetlosti, kosmičkom granicom brzine. Jednom u njemu, i kamera i prostor-vreme u kojem se kreće jure ka centru crne rupe - jednodimenzionalnoj tački koja se zove singularitet, gde zakoni fizike kakve poznajemo prestaju da funkcionišu.

„Kada kamera pređe horizont, njeno uništenje špagetizacijom je udaljeno samo 12,8 sekundi“, rekao je Šnitman. Odatle preostaje samo 128.000 kilometara do singularnosti. Ova poslednja etapa putovanja se završava za tren oka.

U alternativnom scenariju, kamera kruži blizu horizonta događaja, ali nikada ne prelazi i beži na sigurno. Ako bi astronaut leteo svemirskom letelicom na ovom šestsatnom kružnom putovanju, dok su njegove kolege na matičnom brodu ostale daleko od crne rupe, vratio bi se 36 minuta mlađi od svojih kolega. To je zato što vreme prolazi sporije u blizini jakog gravitacionog izvora i kada se kreće blizu brzine svetlosti.

„Ova situacija može biti još ekstremnija“, primetio je Šnitman. „Kada bi se crna rupa brzo rotirala, poput one prikazane u filmu Međuzvezdani iz 2014, vratilo bi se mnogo godina mlađa od svojih saputnika.“