Како изгледаат црните дупки однадвор, односно како изгледа нивната непосредна околина, знаеме од снимките на овие загадочни вселенски објекти кои се направени за прв пат во 2019 година, како и од научно заснованите симулации од научната-фантастичниот филм Interstellar.
Но, до неодамна, немавме сериозни научни симулации на црни дупки однатре. Проблемот е што не можеме да добиеме никакви информации од црните дупки, па не можеме директно да знаеме како изгледа нивната внатрешност.
Накратко да потсетиме дека црните дупки се создаваат со колапсот на материјата кај големите ѕвезди, значително поголеми од Сонцето. Кога на таквите ѕвезди ќе им снема нуклеарно гориво, нивниот внатрешен притисок, создаден во процесите на фузија, слабее и силите на гравитација преовладуваат. Тогаш започнува колапсот на материјата. Ѕвездата експлодира во форма на супернова, а она што останува е црна дупка со нешто помала маса. Црните дупки заземаат многу помалку простор од ѕвездите од кои се родени. Материјата во нивниот центар е компресирана во точка наречена сингуларност. Црните дупки имаат толку силна гравитација што се што им се приближува доволно не може да избега, вклучително и светлината. Областа околу црната дупка од која нема враќање се нарекува хоризонт на настани.
Бидејќи ништо не може да стигне до нас од хоризонтот на настани, невозможно е да се добијат информации за тоа што се случува зад него. За ова можеме да заклучиме само врз основа на научни сознанија за црните дупки.
Астрофизичарот на НАСА Џереми Шнитман неодамна го користеше суперкомпјутерот Discover за да создаде извонредни симулации кои им овозможуваат на гледачите да се нурнат во хоризонтот на настани.
„Луѓето често се прашуваат за ова, а симулирањето на овие тешко замисливи процеси ми помага да ја поврзам математиката на релативноста со реалните последици во реалниот универзум“, рече Шнитман од Центарот за вселенски летови на НАСА Годард во Гринбелт, Мериленд.
„Затоа, симулирав две различни сценарија, едното во кое камерата – замена за смелиот астронаут – едноставно го промашува хоризонтот на настани и е лансиран како од прашка, а другото во кое ја преминува границата, запечатувајќи ја својата судбина“, објасни американскиот астрофизичар.
Визуелизациите се достапни во неколку форми. Видеата со објаснување служат како водичи за разгледување на црните дупки и фрлаат светлина врз бизарните ефекти на општата теорија на релативноста на Ајнштајн. Верзиите се прикажани како видеа од 360 степени, овозможувајќи им на гледачите да гледаат наоколу за време на патувањето.
Шнитман и колегата Брајан Пауел ги создадоа визуелизациите со помош на суперкомпјутерот Discover во Центарот за климатска симулација на НАСА.
Проектот генерирал околу 10 терабајти податоци – количина на податоци споредлива со половина од текстуалната содржина во библиотеката на Конгресот. Создавањето на визуелизацијата беше направено само на 0,3% од 129.000 процесори на Discover и траеше околу 5 дена. Истиот потфат на типичен лаптоп би траел повеќе од една деценија.
Видеото покажува супермасивна црна дупка со маса 4,3 милиони пати поголема од Сонцето, што е еквивалентно на чудовиштето во центарот на нашата галаксија Млечен Пат.
Подобро е да паднете во супермасивна црна дупка отколку во помала
Шнитман истакнува дека, ако можеме да избереме, подобро е да паднеме во супермасивна црна дупка, каква што постои во центарот на нашата галаксија, отколку во многу помала, т.н. ѕвездена црна дупка.
„Црните дупки со ѕвездена маса, кои содржат до околу 30 соларни маси, имаат многу помали хоризонти на настани и посилни плимни сили кои можат да ги распарчат објектите што се приближуваат пред да стигнат до хоризонтот на настани“, објаснува астрофизичарот на НАСА.
Ова се случува затоа што гравитационата сила на делот од објектот поблиску до црната дупка е многу посилна од онаа на далечниот крај. Затоа, објектите што паѓаат во такви црни дупки се тегнат како тестенини. Астрофизичарите овој процес го нарекуваат шпагетификација.
Клучни визуелни ефекти
Хоризонтот на настани на супермасивната црна дупка прикажана во симулацијата се протега на околу 25 милиони километри, што е околу 17% од растојанието од Земјата до Сонцето. Тој е опкружен со рамнина од вртлив облак од врел, блескав гас наречен акреционен диск, кој служи како визуелна референца за време на падот.
Друга светлечка структура со која би се сретнале се т.н фотонски прстени, кои се формираат поблиску до црната дупка од светлината што патувала околу неа еднаш или повеќе пати.
Сцената во визуелизацијата е комплетирана со позадината на ѕвезденото небо како што го гледаме кога гледаме од Земјата.
Како што камерата се приближува до црната дупка, достигнувајќи брзини поблиску до брзината на светлината, сјајот на акрецискиот диск и ѕвездите во позадина стануваат се погласни на сличен начин како звукот на тркачкиот автомобил што се приближува. Нивната светлина изгледа посветла и побела кога се гледа во насока на патување.
Филмовите започнуваат со камерата оддалечена речиси 400 милиони милји, а црната дупка во нив брзо ја исполнува целата глетка. По патот, дискот на црната дупка, фотонските прстени и ноќното небо стануваат сè повеќе искривени, па дури и формираат повеќе слики додека нивната светлина минува низ сè поизопаченото време-простор.
За надворешниот набљудувач, камерата никогаш не паѓа во црната дупка
Во реално време, на камерата и се потребни приближно 3 часа за да падне до хоризонтот на настани, изведувајќи две речиси целосни 30-минутни орбити околу црната дупка.
Меѓутоа, за човек кој оддалеку го гледа упадот на камерата, се чини дека таа никогаш не упаднала. Како што простор-времето станува се повеќе искривено поблиску до хоризонтот на настани, сликата на камерата ќе се забави, а потоа ќе изгледа како да се замрзнува. Ова е причината зошто астрономите првично ги нарекуваа црните дупки „замрзнати ѕвезди“.
Шпагетификација и брз крај
На хоризонтот на настани, дури и самото простор-време тече навнатре со брзината на светлината, космичкото ограничување на брзината. Откако ќе влезе во неа, и камерата и простор-времето во кое се движи се тркаат кон центарот на црната дупка – еднодимензионална точка наречена сингуларност, каде што законите на физиката како што ги знаеме престануваат да работат.
„Штом камерата ќе го помине хоризонтот, нејзиното уништување со шпагетификација е оддалечено само 12,8 секунди“, рече Шнитман. Оттаму, тоа е само 128.000 километри до сингуларноста. Овој последен дел од патувањето завршува додека да трепнете.
Подмладување во близина на црна дупка
Во алтернативно сценарио, камерата лебди блиску до хоризонтот на настани, но никогаш не го преминува работ и на крајот бега на безбедно. Ако астронаутот би го летал леталото на ова 6-часовно кружно патување, додека неговите колеги престојуваат на матичниот брод далеку од црната дупка, тој би се вратил 36 минути помлад од неговите колеги. Тоа е затоа што времето минува побавно за објектите кои се во близина на силен гравитациски извор, како и за оние кои се движат со брзина блиска до брзината на светлината.
„Оваа ситуација може да биде уште поекстремна“, вели Шнитман.
„Доколку црната дупка се врти брзо, како онаа прикажана во филмот Interstellar од 2014 година, личноста би се вратила многу години помлада од нивните придружници“, додаде тој.