Падіння в чорну діру

Нова симуляція на суперкомп'ютері — це найкраще припущення, яке ми маємо на основі поточних даних. "Люди часто запитують про це, і моделювання цих важкоуявних процесів допомагає мені пов'язати математику відносності з реальними наслідками в реальному Всесвіті", – каже астрофізик Джеремі Шніттман з Центру космічних польотів імені Годдарда NASA.

Учений змоделював два різні сценарії:

1. Один, де камера — дублер гіпотетичного астронавта — просто не долітає до горизонту подій. Вона наближається, але відлітає назад.
2. Другий – де камера перетинає небезпечну межу.

Що таке чорна діра і як її симулювали

Утворені з ядер масивних мертвих зірок, що колапсують під дією власної гравітації, ці об'єкти настільки щільні, що їхня матерія стискається в простір, який наразі не піддається фізичному опису. Одним із результатів цього стиснення є горизонт подій — приблизно сферична межа, де сила гравітації настільки сильна, що навіть швидкість світла недостатня, щоб звідти втекти.

Це означає, що ми не можемо знати, що знаходиться за горизонтом подій. Світло — це основний інструмент, який ми використовуємо для дослідження Всесвіту. Якщо ми не бачимо світла зсередини чорної діри, ми просто не можемо сказати, що там знаходиться. Ми також стикаємося з різноманітними парадоксами розрахунків, які поки що не можемо пояснити.

Виходячи з того, як світло і матерія рухаються навколо чорних дір, ми знаємо, що гравітаційний режим навколо горизонту подій є просто божевільним. У деяких випадках все, що наважується підійти надто близько, розтягується на атоми під дією екстремальних сил. Конкретна точка, в якій це відбувається, залежить від маси чорної діри. Цей показник вимірюється в "зоряних масах", де одна зоряна маса дорівнює вазі нашого Сонця. Чорні діри можуть варіюватися від об'єктів, вагою менше 100 мас Сонця, до надмасивних утворень, маса яких сягає мільярдів сонячних.

Наукові прориви останніх років дали нам безліч даних про простір навколо чорних дір. Надмасивні чорні діри M87* і Стрілець A*, що знаходяться в центрах галактик M87 і нашої, відповідно, стали об'єктами дивовижних проєктів прямих зображень. Звичайно, сама чорна діра все ще невидима, але світло, яке випромінюють вируючі хмари матерії навколо кожної чорної діри, дало нам безпрецедентне уявлення про гравітаційне середовище.

Шніттман, який створив кілька симуляцій чорних дір для NASA, у своїй новій роботі взяв за основу надмасивну чорну діру, дуже схожу на Стрілець A*. Він почав з чорної діри з масою, еквівалентною приблизно 4,3 мільйона Сонць, і разом з науковцем Брайаном Пауеллом, також із Годдарда, ввів свої дані в суперкомп'ютер NASA Discover.

Після п'яти днів роботи програма згенерувала 10 терабайтів даних, які вчені використали для створення кількох відеороликів про те, як це — падати в надмасивну чорну діру. На звичайному ноутбуці це зайняло б 10 років.

Змодельована камера стартує приблизно за 640 мільйонів кілометрів від чорної діри і рухається до неї. З наближенням стає чіткіше видно матеріальний диск навколо чорної діри і внутрішню структуру, відому як фотонне кільце.

Ці елементи і простір-час стають більш спотвореними, чим ближче камера наближається. У першій версії камера відхиляється близько до чорної діри, перш ніж вирватися з-під гравітаційного тяжіння і полетіти геть. У другій політ виконує майже дві орбіти навколо чорної діри, перш ніж зануритися за горизонт подій, і розпадається на спагеті всього за 12,8 секунди.

Можливо, колись ми знайдемо спосіб дізнатися, що знаходиться всередині чорної діри, а поки можемо лише насолоджуватися химерними симуляціями.