Nowy hipnotyzer wizualizacji wizualnej NASA bada zginający światło taniec podwójnych czarnych dziur

Para czarnych dziur krążących wokół masy Słońca miliony razy działa hipnotycznie na nowym zdjęciu NASA Wyobrażanie sobie. Film śledzi, jak czarne dziury zniekształcają i przekierowują światło z wiru gorącego gazu – zwanego dyskiem akrecyjnym – który otacza każdą z nich.

Oglądany blisko płaszczyzny orbity, każdy dysk akrecyjny przybiera odrębny wygląd z podwójnymi garbami. Ale kiedy przechodzi się przed drugim, powaga wprowadzenia Czarna dziura Jej partner zmienił się w szybko zmieniającą się serię ukłonów. Zniekształcenia te pojawiają się, gdy światło przemieszcza się z obu dysków w przeplatanej strukturze czasu i przestrzeni w pobliżu czarnych dziur.

Dowiedz się, jak intensywna grawitacja dwóch supermasywnych czarnych dziur wiruje naszą wizję. W tej wizualizacji dyski falującego jasnego i gorącego gazu otaczają czarne dziury pokazane na czerwono i niebiesko, aby lepiej śledzić źródło światła. Czerwony dysk krąży wokół największej czarnej dziury, która waży 200 milionów mas naszego Słońca, podczas gdy jego mniejszy niebieski towarzysz waży połowę tej masy. Powiększenie każdej czarnej dziury pokazuje liczne i coraz bardziej zniekształcone obrazy jej partnera. Obejrzyj, aby dowiedzieć się więcej. Zdjęcie: Goddard Space Flight Center NASA / Jeremy Schnittman i Brian Powell

„Widzimy dwie supermasywne czarne dziury, z których jedna jest większa i ma 200 milionów mas Słońca, a mniejszy towarzysz waży o połowę mniej” – powiedział Jeremy Schnittman, astrofizyk z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland, który stworzył wizualizację . „Są to rodzaje podwójnych układów czarnych dziur, w przypadku których, jak sądzimy, obaj członkowie mogą utrzymywać dyski akrecyjne, które przetrwają miliony lat”.

Dyski akumulacyjne są w różnych kolorach, czerwonym i niebieskim, aby ułatwić śledzenie źródeł światła, ale dobór również odzwierciedla rzeczywistość. Cieplejszy gaz emituje światło bliżej niebieskiego końca widma, a materiały krążące wokół mniejszych czarnych dziur są narażone na silniejsze efekty grawitacyjne, które powodują wyższe temperatury. W przypadku tych bloków oba dyski akrecyjne faktycznie emitowałyby większość swojego światła w postaci promieni UV, a niebieski dysk osiągałby nieco wyższą temperaturę.

Ten obraz pokazuje pokręcony widok supermasywnej czarnej dziury (czerwony dysk), gdy przechodzi ona prawie bezpośrednio za towarzyszącą czarną dziurą (niebieski dysk) o połowie swojej masy. Urok czarnej dziury na pierwszym planie zamienia jej partnera w surrealistyczny zestaw łuków. Elementy wnętrza podkreślają obszary, w których jedna czarna dziura tworzy kompletny, ale zniekształcony obraz drugiej. Światło z dysków akrecyjnych wytwarza podobne obrazy, gdy przemieszcza się przez skomplikowaną tkankę czasu i przestrzeni w pobliżu czarnych dziur. Zdjęcie: Goddard Space Flight Center NASA / Jeremy Schnittman i Brian Powell

Takie wizualizacje pomagają naukowcom wyobrazić sobie zaskakujące konsekwencje intensywnej grawitacji lustra w wesołym miasteczku. Nowe wideo podwaja się jako plik Wcześniej Schnittman stworzył pojedynczą czarną dziurę pod różnymi kątami.

Z grubsza przyjrzawszy się, akumulujące się dyski wydają się zauważalnie jaśniejsze po jednej stronie. Zniekształcenie grawitacyjne zmienia ścieżki światła docierającego z różnych części dysków, powodując zniekształcenie obrazu. Szybki ruch gazu w pobliżu czarnej dziury modyfikuje jasność dysku poprzez zjawisko zwane wzmocnieniem dopplerowskim – efekt teorii względności Einsteina, który oświetla bok obracający się w kierunku obserwatora i opuszczający obracający się bok.

Wizualizacja pokazuje również bardziej subtelne zjawisko zwane względnym pochyleniem. Czarne dziury wydają się mniejsze, im bliżej widza się znajdują, i większe, im dalej.

System podkreśla twarzą w twarz (wewnętrznie) zniekształcony obraz mniejszej czarnej dziury od jej większego towarzysza. Aby dostać się do kamery, mniejsza czarna dziura musiałaby odchylić światło od swojego czerwonego partnera o 90 stopni. Dysk akrecyjny pojawia się na tym wtórnym obrazie jako smuga, co oznacza, że ​​widzimy szerokość od krawędzi do czerwonego towarzysza – jednocześnie widząc ją w tym samym czasie z góry. Drugi obraz niebieskiego dysku również tworzy się poza jasnym pierścieniem światła w pobliżu większej czarnej dziury. Zdjęcie: Goddard Space Flight Center NASA / Jeremy Schnittman i Brian Powell

Te efekty znikają podczas oglądania systemu od góry, ale pojawiają się nowe funkcje. Obie czarne dziury tworzą maleńkie obrazy ich partnerów krążących wokół nich na każdej orbicie. Przyglądając się uważnie, widać, że te zdjęcia są w rzeczywistości widokami od krawędzi do krawędzi. Aby je wytworzyć, światło z czarnych dziur musi zostać przekierowane o 90 stopni, co oznacza, że ​​obserwujemy czarne dziury z dwóch różnych perspektyw – twarz jest na i krawędzi – w tym samym czasie.

„Jednym z zaskakujących aspektów tej nowej wizualizacji jest samopodobieństwo obrazów z soczewki grawitacyjnej” – wyjaśnił Schnittmann. „Powiększenie każdej czarnej dziury ujawnia liczne i coraz bardziej zniekształcone obrazy jej partnera”.

Ten obraz pokazuje pokręcony widok supermasywnej czarnej dziury (czerwony dysk), gdy przechodzi ona prawie bezpośrednio za towarzyszącą czarną dziurą (niebieski dysk) o połowie swojej masy. Urok czarnej dziury na pierwszym planie zamienia jej partnera w surrealistyczny zestaw łuków. Zniekształcenia te pojawiają się, gdy światło przemieszcza się z dysków akrecyjnych podczas przeplatania się przestrzeni i czasu w pobliżu czarnych dziur. Zdjęcie: Goddard Space Flight Center NASA / Jeremy Schnittman i Brian Powell

Schnittmann stworzył wizualizację, obliczając ścieżkę, jaką pokonują promienie światła z dysków akrecyjnych, gdy przemieszczały się one w czasoprzestrzeni wokół czarnych dziur. Na nowoczesnym komputerze stacjonarnym obliczenia potrzebne do wykonania klatek filmowych zajęłyby około dziesięciu lat. Dlatego Schnittman połączył siły z badaczem danych Goddard Brianem Powellem, aby użyć superkomputera Discover w Centrum Symulacji Klimatu NASA. Przy zaledwie 2% ze 129 000 procesorów Discover obliczenia te trwały około jednego dnia.

Astronomowie spodziewają się, że będą w stanie wykryć w niezbyt odległej przyszłości Fale grawitacyjne Fale w czasoprzestrzeni – dwie supermasywne czarne dziury tworzą układ bardzo podobny do tego, w którym Schnittmann połączył się spiralnie i połączył.