Найнезвичайніша смерть у Всесвіті: у NASA показали, як виглядатиме потрапляння в чорну діру

Нова анімація, розроблена NASA, показує останні моменти життя людини, якби вона наблизилася до горизонту подій чорної діри. Повернутися звідти неможливо навіть теоретично.

У візуалізації польоту до надмасивної чорної діри мітки підкреслюють багато цікавих особливостей, що виникають на цьому шляху завдяки ефектам загальної теорії відносності.

Візуалізації доступні в різних формах. Пояснювальні відео діють як екскурсійні путівники, висвітлюючи химерні ефекти загальної теорії відносності Ейнштейна. Версії, виконані у вигляді 360-градусних відео, дозволяють глядачам оглянути все навколо під час подорожі, тоді як інші відтворюються як плоскі мапи всього неба.

«Я змоделював два різні сценарії: один, де камера — дублер відважного астронавта — просто не долітає до горизонту подій і вилітає назад, і другий, де вона перетинає межу, вирішуючи свою долю», — сказав Джеремі Шніттман, астрофізик з Центру космічних польотів ім. Годдарда НАСА, який створив візуалізації.

Для створення візуалізацій Шніттман об'єднався з колегою, науковцем Годдарда Брайаном Пауеллом, і використовував суперкомп'ютер Discover в Центрі моделювання клімату НАСА. Проект згенерував близько 10 терабайтів даних — що еквівалентно приблизно половині текстового контенту Бібліотеки Конгресу — і зайняв близько 5 днів, працюючи лише на 0,3 % з 129 000 процесорів Discover. На звичайному ноутбуці така ж робота зайняла б більше десяти років.

Пункт призначення — надмасивна чорна діра, маса якої в 4,3 млн разів перевищує масу нашого Сонця, що еквівалентно монстру, розташованому в центрі нашої галактики Чумацький Шлях.

«Якщо у вас є вибір, ви захочете потрапити в надмасивну чорну діру. Чорні діри зоряної маси, які містять до 30 мас Сонця, мають набагато менші горизонти подій і сильніші приливні сили, які можуть розірвати на частини об'єкти, що наближаються, ще до того, як вони досягнуть горизонту», — пояснив Шніттман.

Це відбувається тому, що гравітаційне тяжіння на кінці об'єкта ближче до чорної діри набагато сильніше, ніж на іншому кінці. Об'єкти, що потрапляють в діру, розтягуються, як локшина, і цей процес астрофізики називають спагетифікацією.

Горизонт подій змодельованої чорної діри простягається приблизно на 25 млн км, або близько 17 % відстані від Землі до Сонця. Пласка закручена хмара гарячого газу, що світиться, називається акреційним диском, оточує її і слугує візуальним орієнтиром під час падіння. Так само, як і структури, що світяться, звані фотонними кільцями, які утворюються ближче до чорної діри зі світла, що облетіло її орбіту один або кілька разів. Завершує картину зоряне небо, яке видно з Землі.

Коли камера наближається до чорної діри, досягаючи швидкості, все ближчої до швидкості світла, світіння від акреційного диска і фонових зірок посилюється так само, як звук зустрічного гоночного автомобіля підвищується в тональності. Їхнє світло здається яскравішим і білішим, якщо дивитися в напрямку руху.

Фільми починаються з камери, розташованої на відстані майже 640 млн км від нас, і чорна діра швидко заповнює все навколо. На цьому шляху диск чорної діри, фотонні кільця і нічне небо стають все більш спотвореними — і навіть формують кілька зображень, оскільки їхнє світло проникає у все більш викривленому просторі-часі.

У реальному часі камера падає до горизонту подій приблизно за 3 години, виконуючи майже дві повні 30-хвилинні орбіти по дорозі. Але для будь-кого, хто спостерігає здалеку, вона ніколи не потрапить туди. Оскільки простір-час стає все більш спотвореним ближче до горизонту, зображення з камери сповільнюється, а потім ніби завмирає перед самим горизонтом. Ось чому астрономи спочатку називали чорні діри «застиглими зірками».

На горизонті подій навіть сам простір-час тече всередину зі швидкістю світла, космічною межею швидкості. Потрапивши всередину, і камера, і простір-час, у якому вона рухається, спрямовуються до центру чорної діри — одновимірної точки, яка називається сингулярністю, де закони фізики, якими ми їх знаємо, перестають діяти.

«Щойно камера перетинає горизонт, до її руйнування шляхом спагетування залишається всього 12,8 секунди», — каже Шніттман. Звідти до сингулярності лише 128 000 км. Цей останній етап подорожі закінчується в одну мить.

В альтернативному сценарії камера обертається на орбіті близько до горизонту подій, але ніколи не перетинає його і тікає в безпечне місце. Якби астронавтка полетіла на космічному кораблі в цю 6-годинну подорож в обидва кінці, поки її колеги на материнському кораблі залишалися далеко від чорної діри, вона б повернулася на 36 хвилин молодшою за своїх колег. Це тому, що час спливає повільніше поблизу сильного джерела гравітації і при русі зі швидкістю, близькою до швидкості світла.

«Ця ситуація може бути ще більш екстремальною. Якби чорна діра швидко оберталася, як показано у фільмі «Міжзоряний» 2014 року, вона повернулася б на багато років молодшою за своїх товаришів», — зазначає Шніттман.

Більше новин читайте на GreenPost.