Потрясающее и наиболее точное моделирование черной дыры

Новое моделирование показывает, как гравитация искажает свет вокруг черной дыры. Это самая точная компьютерная визуализация черной дыры на сегодняшний день. Он ясно показывает все важные компоненты черной дыры, включая аккреционный диск и фотонное кольцо.

В апреле 2019 года исследователи обнаружили первое в мире изображение черной дыры. Возможно, это величайшие достижения науки. Это сверхмассивная черная дыра, расположенная в 55 миллионов световых лет от Земли. Подробности этого прорыва были опубликованы в серии из шести статей.

Изображение довольно размытое, но однажды астрономы получат высококачественные видеозаписи настоящей черной дыры. До этого НАСА показало красивую симуляцию, показывающую, как на самом деле будет выглядеть черная дыра во всей ее красе.

Это наиболее точная компьютерная симуляция на сегодняшний день, иллюстрирующая, как гравитация искажает свет вокруг черной дыры, где падающие материалы накапливаются в горячей структуре, известной как ускоряющий диск. Интенсивное гравитационное притяжение искажает свет, поступающий из различных областей диска, создавая деформированный вид.

Различные аспекты визуализации черной дыры

1. Аккреционный диск

Аккреционный диск образуется рядом с черной дырой, когда материалы и газы, которые находятся рядом с ней, вцепляются в захват этой дыры. Силы гравитации и трения сжимают и повышают температуру вещества, что приводит к электромагнитному излучению.

Яркие узлы непрерывно образуются и исчезают в аккреционном диске при входе спирального вещества. Ближайший горизонт событий, материя вращается с чрезвычайно высокой скоростью (так же быстро, как скорость света), в то время как вещество во внешних областях вращается немного медленнее. Из-за этой разницы яркие узлы растягиваются и срезаются, создавая темные и светлые полосы на диске.

2. Доплеровское излучение

Аккреционный диск выглядит менее ярким с правой стороны, чем с левой стороны. Свет от светящегося газа в диске является более ярким на стороне, где материя движется к нам, в то время как он слабее на стороне, где материя удаляется от нас (из-за эффектов относительности Эйнштейна).

Если вы наблюдаете диск точно на лицевой стороне, вы не сможете заметить эту асимметрию. С этой точки зрения, независимо от того, будет ли двигаться вдоль вашей прямой видимости.

3. Фотонное кольцо

Интенсивная гравитация черной дыры изгибает свет до такой степени, что мы можем видеть яркое кольцо света (нижняя сторона аккреционного диска). Это кольцо состоит из нескольких искаженных образов диска.

Свет, составляющий эти изображения, несколько раз облетел черную дыру, прежде чем ускользнуть к нам. Когда кольца становятся ближе к черной дыре, они становятся тоньше и тусклее.

Поскольку генерируемая компьютером модель черной дыры является сферической, кольцо фотонов кажется одинаковым (круговым) со всех точек зрения.

4. Тень черной дыры

Тень черной дыры – это область внутри кольца фотонов. Он вдвое больше горизонта событий – границы, за которой не может выйти ни один свет. Область сформирована ее гравитационным линзированием и захватом световых лучей.

Эти типы симуляций помогают лучше понять, как гравитация охватывает ткань пространства-времени и что на самом деле происходит около черной дыры.