Die neue Visualisierung von Schwarzen Löchern der NASA lässt Betrachter in den Ereignishorizont eintauchen

NASAes ist neu schwarzes Loch Visualisierungen simulieren die dramatischen Auswirkungen des Überquerens des Ereignishorizonts und verdeutlichen schwere Verzerrungen der Raumzeit und eine mögliche Spaghettiifizierung in der Nähe der Singularität.

Haben Sie sich jemals gefragt, was passiert, wenn Sie in ein Schwarzes Loch fallen? Dank einer neuen immersiven Visualisierung, die auf einem Supercomputer der NASA erstellt wurde, können Zuschauer nun in den Ereignishorizont eintauchen, den Punkt, an dem es kein Zurück mehr eines Schwarzen Lochs gibt.

Die Wissenschaft hinter der Visualisierung

„Die Leute fragen oft danach, und die Simulation dieser schwer vorstellbaren Prozesse hilft mir, die Mathematik der Relativitätstheorie mit realen Konsequenzen im realen Universum zu verbinden“, sagte Jeremy Schnittman, Astrophysiker am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt. Maryland, das die Visualisierungen erstellt hat. „Also habe ich zwei verschiedene Szenarien simuliert: eines, in dem eine Kamera – ein Ersatz für einen mutigen Astronauten – knapp den Ereignishorizont verfehlt und zurückrollt, und eines, in dem sie die Grenze überschreitet und so ihr Schicksal besiegelt.“ »

Visualisierungen sind in verschiedenen Formen verfügbar. Die Erklärvideos fungieren als Reiseführer und verdeutlichen die bizarren Auswirkungen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Als 360-Grad-Videos gerenderte Versionen ermöglichen es den Zuschauern, sich während der Fahrt umzusehen, während andere als flache Karten des Himmels erscheinen.

In dieser Visualisierung eines Fluges zu einem supermassiven Schwarzen Loch heben die Beschriftungen viele faszinierende Merkmale hervor, die durch die Auswirkungen der Allgemeinen Relativitätstheorie auf dem Weg entstehen. Die Simulation wurde auf einem Supercomputer der NASA erstellt und folgt einer Kamera, wenn sie sich nähert, kurz umkreist und dann den Ereignishorizont – den Punkt ohne Wiederkehr – eines riesigen Schwarzen Lochs überquert, das dem im Zentrum unserer Galaxie ähnelt. Bildnachweis: NASA Goddard Space Flight Center/J. Schnittman und B. Powell

Sehen Sie sich das 360-Grad-Video auf YouTube an

Technische Details des Projekts

Um die Visualisierungen zu erstellen, arbeitete Schnittman mit seinem Goddard-Wissenschaftler Brian Powell zusammen und nutzte den Discover-Supercomputer im Center for Climate Simulation der NASA. Das Projekt erzeugte etwa 10 Terabyte an Daten, was etwa der Hälfte des geschätzten Textinhalts der Library of Congress entspricht, und dauerte etwa 5 Tage, um auf nur 0,3 % der 129.000 Prozessoren von Discover zu laufen. Die gleiche Leistung würde auf einem typischen Laptop mehr als ein Jahrzehnt dauern.

Eigenschaften des simulierten Schwarzen Lochs

Das Ziel ist ein supermassereiches Schwarzes Loch mit der 4,3-Millionen-fachen Masse unserer Sonne, was dem Monster im Zentrum unseres Planeten entspricht. Milchstraße Galaxis.

„Wenn man die Wahl hat, möchte man in ein supermassereiches Schwarzes Loch fallen“, erklärte Schnittman. „Schwarze Löcher mit stellarer Masse, die bis zu etwa 30 Sonnenmassen enthalten, haben viel kleinere Ereignishorizonte und stärkere Gezeitenkräfte, die herannahende Objekte auseinanderreißen können, bevor sie den Horizont erreichen.“ »

Dies geschieht, weil die Anziehungskraft am Ende eines Objekts, das dem Schwarzen Loch am nächsten ist, viel stärker ist als am anderen Ende. Heruntergefallene Gegenstände dehnen sich wie Nudeln, ein Vorgang, den Astrophysiker als Spaghettiifizierung bezeichnen.

Visuelle und physikalische Effekte in der Nähe eines Schwarzen Lochs

Der Ereignishorizont des simulierten Schwarzen Lochs erstreckt sich über etwa 16 Millionen Meilen (25 Millionen Kilometer) oder etwa 17 Prozent der Entfernung zwischen Erde und Sonne. Eine flache, wirbelnde Wolke aus heißem, glühendem Gas, Akkretionsscheibe genannt, umgibt es und dient während des Herbstes als visuelle Referenz. Dasselbe gilt auch für sogenannte Lichtstrukturen Photon Ringe, die sich in der Nähe des Schwarzen Lochs aus Licht bilden, das es einmal oder mehrmals umkreist hat. Ein von der Erde aus gesehener Sternenhimmelhintergrund rundet die Szene ab.

Besuchen Sie eine alternative Visualisierung, die einer Kamera folgt, wenn sie sich einem supermassiven Schwarzen Loch nähert, fällt, kurz umkreist und entkommt. Diese immersive 360-Grad-Version ermöglicht es den Zuschauern, sich während des Fluges umzusehen. Bildnachweis: NASA Goddard Space Flight Center/J. Schnittman und B. Powell

Siehe die Hover-Erklärung auf YouTube

Während sich die Kamera dem Schwarzen Loch nähert und Geschwindigkeiten erreicht, die immer näher an die des Lichts selbst herankommen, verstärkt sich das Leuchten der Akkretionsscheibe und der Hintergrundsterne in ähnlicher Weise, während das Geräusch eines entgegenkommenden Rennwagens an Lautstärke zunimmt. Ihr Licht erscheint in Fahrtrichtung gesehen heller und weißer.

Die Reise zum Ereignishorizont

Die Filme beginnen damit, dass sich die Kamera fast 640 Millionen Kilometer entfernt befindet und das Schwarze Loch schnell das Bild ausfüllt. Unterwegs werden die Scheibe, die Photonenringe und der Nachthimmel des Schwarzen Lochs zunehmend verzerrt – und es entstehen sogar mehrere Bilder, während ihr Licht durch die zunehmend verzerrte Raumzeit geht.

In Echtzeit benötigt die Kamera etwa drei Stunden, um den Ereignishorizont zu erreichen, und führt dabei fast zwei vollständige 30-minütige Umlaufbahnen durch. Aber für jeden, der ihn aus der Ferne beobachtete, würde es ihm nie gelingen. Da sich die Raumzeit immer stärker verzerrt, je mehr sie sich dem Horizont nähert, wird das Kamerabild langsamer und scheint kurz davor einzufrieren. Aus diesem Grund nannten Astronomen Schwarze Löcher ursprünglich „gefrorene Sterne“.

Schicksal im Ereignishorizont

Am Ereignishorizont fließt sogar die Raumzeit selbst mit Lichtgeschwindigkeit, der kosmischen Geschwindigkeitsbegrenzung, nach innen. Im Inneren rasen die Kamera und die Raumzeit, durch die sie sich bewegt, auf das Zentrum des Schwarzen Lochs zu – einen eindimensionalen Punkt namens Singularität, an dem die Gesetze der Physik, wie wir sie kennen, nicht mehr funktionieren.

„Sobald die Kamera den Horizont überquert, dauert ihre Zerstörung durch Spaghettiisierung nur 12,8 Sekunden“, sagte Schnittman. Von dort sind es nur noch 128.000 Kilometer bis zur Singularität. Diese letzte Etappe der Reise ist im Handumdrehen vorbei.

Theoretische Implikationen der Zeitdilatation

Im alternativen Szenario kreist die Kamera in der Nähe des Ereignishorizonts, überquert ihn jedoch nie und flüchtet in Sicherheit. Wenn eine Astronautin ein Raumschiff auf dieser sechsstündigen Hin- und Rückfahrt steuern würde, während ihre Kollegen auf dem Mutterschiff dem Schwarzen Loch fern blieben, würde sie 36 Minuten jünger als ihre Kollegen zurückkehren. Tatsächlich vergeht die Zeit in der Nähe einer starken Gravitationsquelle und bei einer Bewegung nahe der Lichtgeschwindigkeit langsamer.

„Diese Situation könnte noch extremer sein“, bemerkte Schnittman. „Wenn sich das Schwarze Loch schnell drehen würde, wie es im Film „Interstellar“ aus dem Jahr 2014 gezeigt wurde, würde es mehrere Jahre jünger als seine Kameraden zurückkommen. »