NASA представило видео завораживающего движения двойной системы из чёрных дыр.

NASA выпустила ролик, демонстрирующий вид системы из двух черных дыр. Подобные захватывающие видео создаются не только для образовательных целей, но и помогают ученым лучше понимать астрономические явления, которые они наблюдают.

Симуляцию подготовили и опубликовали на сайте Студии научных визуализаций NASA сотрудники Центра космических полетов имени Годдарда ( GSFC) Джереми Шиттман (Jeremy Schnittman) и Брайан Пауэлл (Brian P. Powell). Сначала один специалист разработал модель, а второй оказал содействие в ее вычислениях на суперкомпьютере Discover Центра климатических симуляций NASA. Для завершения всех требуемых расчетов потребовалось почти сутки и более двух с половиной тысяч процессорных ядер (что составляет 2% от общего числа – 129000). Создание подобной визуализации заняло бы десять лет работы обычного, но мощного персонального компьютера.

Потрясающий вид – это визуализация траекторий фотонов, испускаемых аккреционными дисками черных дыр. Эти частицы света проходят сквозь искривленное пространство-время. Общая масса этих астрономических объектов равна массе 300 миллионов Солнц. Черная дыра с оранжевым аккреционным диском в два раза массивнее второй, у которой диск голубого цвета.

Читайте также:  Планеты-гиганты оказались способны рождаться даже у маленьких звезд

Цвета выбраны неслучайно, они служат не только для наглядности. Они, хоть и в преувеличенном виде, демонстрируют фактическую разницу температур вещества, которое падает в черную дыру. Чем меньше масса черной дыры, а, как следствие, и радиус горизонта событий, тем быстрее движется материя, притягиваемая ее мощной гравитацией, и тем сильнее она нагревается. Значительная часть света, излучаемого аккреционными дисками этих черных дыр, находится в ультрафиолетовой области спектра.

На представленном видео можно наблюдать сразу несколько эффектов, которые предсказывает Теория относительности. Наиболее заметным является гравитационное линзирование. Это оптическое явление, проявляющееся в так называемых кольцах или арках Эйнштейна, выглядит как множественные концентрические дугообразные или круговые искажения и переотражения объектов. Они возникают, когда свет проходит вблизи массивного тела. Его гравитация настолько сильно искажает пространство-время, что фотоны меняют направление, подобно тому, как свет преломляется в линзе.

Читайте также:  Рой Дайсона может сделать Землю непригодной для жизни

Используя эффект гравитационного линзирования, ученые на Земле способны наблюдать объекты, находящиеся на таком огромном расстоянии, что свет от них иначе никогда не достиг бы нашей планеты. Однако, у этого явления есть и недостаток: массивные объекты, например, черные дыры, редко встречаются в изоляции, и интересные ученым небесные тела часто располагаются не непосредственно за ними, а под различными углами по отношению к Земле. В результате, в небе не всегда можно увидеть четкие кольца и дуги, как это показывают упрощенные модели — снимки далеких галактик характеризуются искажениями и множественными отражениями звездного света.

Для различения настоящих объектов и оптических иллюзий необходимы визуализации, такие как работа Шиттмана и Пауэлла. Они позволяют понять, как свет будет искажаться из-за различного расположения массивных объектов. И, естественно, точнее интерпретировать научные данные, собранные телескопами по всему миру.

Еще один интересный оптический эффект, наблюдаемый в ролике — релятивистская аберрация: черные дыры кажутся меньше по мере приближения к наблюдателю. Кроме того, при взгляде на них «сбоку», то есть при нахождении в плоскости их вращения, один край аккреционного диска выглядит более ярким, чем другой. Это обусловлено Доплеровским сдвигом (который также называют релятивистским излучением), из-за которого движущийся к наблюдателю источник света кажется более ярким, чем удаляющийся от него.

Читайте также:  Новое исследование: вода на Земле появилась не из метеоритов

Видео не только визуально привлекательно, но и насыщено интересными деталями. Зритель, проявляющий внимательность, сможет отметить ещё несколько любопытных элементов, которые подчеркивают красоту окружающего мира. К счастью, нам не обязательно самостоятельно приближаться к черным дырам, чтобы оценить их величие.