Нова зашеметяваща симулация на НАСА ни изпраща да се гмурнем в една черна дупка

Това е един въпрос, който вълнува човечеството, откакто за първи път научихме за черните дупки преди малко повече от век: Какво, по дяволите, би било да се потопиш отвъд точката, от която няма връщане?

Все още нямаме отговор, но нова суперкомпютърна симулация е най-доброто предположение, което имаме, въз основа на сегашните данни.

„Хората често питат за това и симулирането на тези трудни за представяне процеси ми помага да свържа математиката на относителността с реалните последици в реалната Вселена“,

казва астрофизикът Джереми Шнитман от Центъра за космически полети „Годард“ на НАСА.

„Така че симулирах два различни сценария – един, при който камерата – заместител на смел астронавт – просто пропуска хоризонта на събитията и се връща обратно. Както и друг, при който тя пресича границата, запечатвайки съдбата си“.

Черните дупки са образувани от ядрата на масивни мъртви звезди, които се сриват под собствената си гравитация. Те са толкова плътни, че материята им се компресира в пространство, което в момента е неописуемо за физиката.

Един от резултатите от тази компресия обаче е хоризонтът на събитията. Това е приблизително сферична граница, в която гравитационното привличане е толкова силно, че дори скоростта на светлината не е достатъчна, за да се осъществи бягство оттам.

Това означава, че няма как да знаем какво има отвъд хоризонта на събитията. Светлината е основният инструмент, който използваме, за да изследваме Вселената. Ако не можем да видим светлината от вътрешността на черната дупка, ние просто… не можем да кажем какво има там.

Дори и на теория се сблъскваме с парадокси, при които информацията се запазва на хоризонта на събитията от гледна точка на наблюдател. И същевременно е заключена завинаги от гледната точка на обект, който пресича границата.

Това, което знаем, обаче, въз основа на начина, по който светлината и материята се движат около черните дупки, е, че гравитационният режим около хоризонта на събитията е съвсем необичаен. В някои случаи всичко, което рискува да се приближи твърде много, бива разкъсано на атоми от екстремността на силите. Точният момент, в който това се случва, зависи от масата на съответната черна дупка. Това е черна дупка със звездна маса. Тоест с маса до около 100 слънца или свръхмасивна дупка с маса от милиони до милиарди слънца.

„Ако имате избор, може би ще поискате да погледнете в една свръхмасивна черна дупка“

казва Шнитман.

„Черните дупки със звездна маса, които съдържат до около 30 слънчеви маси, притежават много по-малък хоризонт на събитията и по-силни приливни сил. Те могат да разкъсат приближаващите се обекти, преди те да достигнат хоризонта“.

Невероятните открития през последните години ни дадоха множество данни за пространството около черните дупки. Свръхмасивните черни дупки М87* и Стрелец А*, намиращи се в центровете съответно на галактиката М87 и нашата галактика, бяха обект на невероятни кампании за директно заснемане. Разбира се, самата черна дупка все още е невидима, но светлината, излъчвана от въртящите се, светещи облаци от материал около всяка черна дупка, ни даде безпрецедентна представа за гравитационната среда.

Шнитман, който е създал няколко симулации на черни дупки за НАСА, основава новата си симулация на свръхмасивна черна дупка, много подобна на Стрелец А*. Той започнал с черна дупка с маса, равна на тази на около 4,3 милиона Слънца, и заедно с изследователя на данни Брайън Пауъл, също от Годард, вкарал данните им в суперкомпютъра Discover на НАСА.

След като работила пет дни, програмата генерирала 10 терабайта данни, които учените използвали, за да създадат няколко видеоклипа. Те дават представа за усещането при падане в свръхмасивна черна дупка. На типичен лаптоп това би отнело 10 години.

Симулираната камера стартира на около 640 милиона километра от черната дупка и се движи навътре. С приближаването й дискът от материал около черната дупка и вътрешната структура, известна като фотонен пръстен, стават по-ясни.

Тези елементи, както и пространство-времето, стават все по-изкривени, колкото повече се приближава камерата. Накрая полетът извършва почти две обиколки на черната дупка, преди да се гмурне отвъд хоризонта на събитията и да се спагетифицира само след 12,8 секунди.

В другия вариант камерата се приближава до черната дупка, преди да избегне гравитационното привличане и да отлети.

Би било хубаво да си помислим, че в някакъв момент можем да научим повече за средата отвъд хоризонта на събитията. Междувременно можем да се насладим на странните лудории в пространство-времето, които биха съществували около периметъра му. При това от безопасното място на родната ни планета.

По принцип изследователите поставят под въпрос традиционната представа за черните дупки – космическите обекти, които досега се определяха от три основни параметъра. Въз основа на концепцията за „телепаралелна“ гравитация новият възглед предполага, че тези обекти могат да съдържат допълнителна информация, което ги прави по-сложни, отколкото се смяташе досега. Това откритие може да отвори нови пътища за изучаване на черните дупки.

В продължение на десетилетия черните дупки се смятаха за относително прости космически обекти. Според общата теория на относителността на Айнщайн три параметъра са достатъчни, за да бъдат описани: маса, електрически заряд и скорост на въртене.

Новата симулация на НАСА дава повече яснота за тези странни космически обекти.