Как една черна дупка изкривява пространството

През април 2019 г. от NASA представят прочутата снимка на черната дупка в центъра на галактиката М87. Скоро след това се публикува и хипнотизираща визуализация на начина, по който черната дупка изкривява пространството.

Визуализацията представлява съвкупност от няколко .gif изображения. Чрез тях се демонстрира как това, което ние считаме за тъмно пространство, всъщност причинява едни от най-ярките зрелища във Вселената.

Изображенията и видеата са създадени от Джеръми Шнитман с помощта на специализиран софтуер на Центъра за космически полети Годард на NASA.

Kакво всъщност се вижда на симулациите?

На симулациите се вижда от няколко перспективи акреционният диск, който представлява структура, образувана от натруaпно вещество при въртящото движение на масивно тяло, в случая черна дупка (oт англ. accretion – натрупване). Чрез триене при орбитиране около черната дупка, веществото се приближава към нея със спираловиден ход. Акреционният диск се върти, като гравитацията изкривява зрителното ни поле, подобно на криво огледало.

Светлите ивици, които се наблюдават, са причинени от газ в акреционния диск. В него се проявяват релативистки ефекти, тоест се променя очевидната светимост на веществото, при скорости, близки до скоростта на светлината. Tъй като веществото отляво на диска се приближава към нас, светлината в тази част изглежда по-ярка. От дясната страна веществото се отдалечава от нас и изглежда малко по-тъмно.

Газът също придава различни краски в зависимост от това колко бързо се движи. Например, газът, разположен най-близо до черната дупка, се движи със скорости, близки до скоростта на светлината, а газът в по-отдалечените райони се движи по-бавно. Това допринася за по-тъмните ивици в акреционния диск.

При преместване на погледа ни към тъмния център, можем да забележим няколко неща.

Първо, ярък тънък пръстен обгражда сянката на черната дупка. Този пръстен представлява съвкупност от фотони, или светлина, която е обиколила черната дупка повече от два пъти, преди да „избяга“. На визуализациите той изглежда кръгъл от всяка гледна точка, защото изобразената черна дупка е сферична.

В центъра на визуализациите се намира сянката на черната дупка, която можем да наблюдаваме благодарение на принципа на гравитационните лещи. Тя е два пъти по-голяма от хоризонта на събитията на черната дупка – точката, от която веществото, което влиза в черната дупка, няма връщане назад.

„Подобни симулации много ни помагат да си представим какво е имал предвид Айнщайн, когато е казал, че гравитацията пречупва тъкънта на време-пространството“, споделя Шнитман. „До съвсем скоро подобни симулации бяха ограничени само до пределите на въображението ни.“