Wpadasz do czarnej dziury? Naukowcy pokazali, co zobaczysz po przekroczeniu horyzontu zdarzeń

Czarne dziury to bezapelacyjnie jedne z najciekawszych obiektów w przestrzeni kosmicznej. Ich wyjątkowość polega na tym, że z zewnątrz nie jesteśmy w stanie dostrzec tego, co znajduje się w ich wnętrzu. A ktokolwiek wpadnie do środka czarnej dziury, aby to sprawdzić, już nigdy z niej się nie wydostanie, aby powiedzieć innym o tym, co zobaczył. Mimo tego naukowcy postanowili wykorzystać jeden z superkomputerów do stworzenia wizualizacji pokazującej, co bylibyśmy w stanie zobaczyć, gdybyśmy faktycznie wybrali się z biletem w jedną stronę za horyzont zdarzeń.

Od strony matematycznej i fizycznej czarne dziury są stosunkowo dobrze zrozumiały obiektami. Ciężko jednak język matematyki i fizyki przełożyć tak, aby można było sobie taki obiekt oraz jego właściwości wyobrazić. Jeremy Schnittman, astrofizyk z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda postanowił stworzyć dwie wizualizację. Na jednej z nich kamera/astronauta zbliża się do horyzontu zdarzeń, przelatuje w jego pobliżu i zaczyna się od niego oddalać. Na drugiej wizualizacji ta sama kamera/astronauta nie ma już tyle szczęścia i przekracza horyzont zdarzeń, aby nigdy już z wnętrza czarnej dziury nie powrócić.

To aby już nie czekać dalej, obie wizualizacje poniżej.

Otoczenie, a szczególnie wnętrze czarnej dziury to miejsca, które wymykają się naszej intuicji. To w tych miejscach widoczne stają się efekty ogólnej teorii względności Einsteina. Dlatego też na drugiej wizualizacji możecie rozejrzeć się po swoim otoczeniu, aby obserwować, co się dzieje, gdy ktoś wybiera wnętrze czarnej dziury i porzuca tym samym znany nam wszystkich wszechświat.

Do stworzenia powyższych symulacji wykorzystano superkomputer Discover w należącym do NASA Centrum Symulacji Klimatu. Sama symulacja wygenerowała około 10 TB danych. Gdyby nie to, że naukowcy skorzystali z superkomputera, to na typowym laptopie wygenerowanie symulacji zajęłoby około dekady, a tak potrzeba było zaledwie 5 dni.

Głównym bohaterem nagrania jest supermasywna czarna dziura o masie 4,3 miliona mas Słońca, czyli podobna do czarnej dziury w centrum naszej galaktyki.

Horyzont zdarzeń takiej czarnej dziury ma ok. 25 milionów kilometrów średnicy, czyli jakieś 17 proc. odległości od Słońca do Ziemi. Wokół czarnej dziury znajduje się jasny dysk akrecyjny, który trochę ułatwia pokazanie prawdziwej granicy czarnej dziury. Na wizualizacji widać także pierścienie fotonowe, które tworzą się w bezpośrednim otoczeniu czarnej dziury, oraz oczywiście nieprzejmujące się niczym gwiazdy w tle.

Na pierwszym nagraniu widać wyraźnie, że gdy zbliżamy się do czarnej dziury, osiągamy coraz wyższą prędkość, powoli zbliżając się do prędkości światła, blask dysku akrecyjnego i gwiazd tła staje się intensywniejszy. Oba nagrania zaczynają się w odległości 640 milionów kilometrów od horyzontu zdarzeń. Mimo tego czarna dziura bardzo szybko wypełnia całe pole widzenia. Po drodze jednak spotykamy dysk akrecyjny, pierścienie fotonowe i nocne niebo. Nie są one jednak stabilne i ich obrazy bardzo szybko ulegają odkształceniom.

W czasie rzeczywistym potrzebowalibyśmy około 3 godzin, aby dotrzeć z tej odległości do horyzontu zdarzeń, wykonując po drodze dwa pełne okrążenia wokół czarnej dziury. Problem jednak w tym, że ktokolwiek kto obserwowałby nas z dużej odległości, nigdy by tego nie zobaczył. Obraz kamery stopniowo by spowalniał, aby w końcu zastygnąć w bezruchu.

Na granicy horyzontu zdarzeń, sama czasoprzestrzeń wpada do wnętrza czarnej dziury z prędkością światła. Po przekroczeniu horyzontu zdarzeń i kamera/astronauta i czasoprzestrzeń goni z prędkością światła do osobliwości znajdującej się w centrum.

Efekt? Owszem, czarna dziura ma spore rozmiary, ale od wejścia do jej wnętrza, do zniszczenia w procesie spagetyfikacji minie zaledwie 12,8 sekundy. Od tego momentu do osobliwości pozostanie jedynie 128 000 kilometrów, a więc dotarcie tam zajmie dosłownie ułamek sekundy.

Spójrzmy zatem na ten drugi, nieco bardziej bezpieczny scenariusz. Wyobraźmy sobie, że wysyłamy astronautę na pokładzie statku kosmicznego w podróż dokoła czarnej dziury, bez wchodzenia poza horyzont zdarzeń. Załóżmy, że ów astronauta po zbliżeniu się do horyzontu zdarzeń i ponownym powrocie na bezpieczną odległość, wraca do statku-matki po 6-godzinnej podróży. Wtedy okaże się, że dla niego minęło jedynie 5 godzin i 24 minuty. W bezpośrednim otoczeniu czarnej dziury i podczas podróży z prędkością bliską prędkości światła czas płynie wolniej niż w bezpiecznej odległości, gdzie znajduje się statek matka.

Powyższe animacje są niezwykle interesujące i pokazują rzeczywistość przebywania w otoczeniu czarnej dziury. Dla nas pozostanie to na zawsze science-fiction, bowiem raczej nigdy nie zbliżymy się do supermasywnej czarnej dziury, ale dobrze czasami przypomnieć sobie, że wszechświat jest naprawdę fascynujący, a nie tak przewidywalny i nudny, jak nam się czasami wydaje.



Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Puls Kosmosu od 2015 roku informuje o aktualnościach ze świata astronomii, kosmologii i eksploracji przestrzeni kosmicznej. Krótko, rzeczowo i bez sensacji.

Autor: Radek Kosarzycki

ARCHIWUM

KONTAKT

pulskosmosu[at]gmail.com