Ez a látvány fogadná azt, aki belezuhan egy fekete lyukba

A NASA Goddard Űrközpontjának Discover nevű szuperszámítógépe általában olyan, a hétköznapi életünk szempontjából fontos munkát végez, mint az éghajlatváltozással kapcsolatos számítások. Azonban nemrégiben egy sokakat érdeklő lehetőséget mutattak be segítségével, Jeremy Schnittman asztrofizikus jóvoltából.

„Az emberek gyakran kérdeznek erről, és ezeket a nehezen elképzelhető folyamatokat szimulálni azt is jelenti számomra, hogy összeköttetést teremthetek a relativitás matematikája és a valódi Univerzumban létrejött következményei közt” – magyarázta a kutató.

A videó kétféle esetet is bemutat: azt, amikor a kamera pont elkerüli az eseményhorizontot és kilökődik, illetve azt, amikor átlépi annak végzetes határvonalát. A magyarázó videó (fent) az egyes események részleteit, az Einstein-féle relativitáselmélet egyes hatásait külön is elmagyarázza (erre a beállított feliratokat meglepően jó fordítású magyarra is állíthatjuk a videó jobb alsó sarkában a fogaskeréken). A videónak készült egy magyarázó felirat nélküli, 360 fokos változata is (lentebb).

A szimulációk számításai során 10 terabájt adat keletkezett, ez az USA Kongresszusi Könyvtárában lévő minden könyv és szöveges adat fele nagyjából. A szuperszámítógép 129 ezer processzora teljes kapacitásának 0,3 százaléka volt hozzá szükséges (vagyis nem kell megijedni, a kutatók „játéka” nem vont el értékes erőforrásokat a komolyabb feladatoktól), és 5 nap alatt született meg a végeredmény. Egy átlagos laptoppal ugyanez nagyjából egy évtizedet vett volna igénybe.

A szimulációban a Tejútrendszer szupernagy tömegű központi fekete lyuka szolgált főszereplőül, ami a Nap tömegének mintegy 4,3 milliószorosa. A sokkal kisebb, maximum 30 naptömegnyi csillag eredetű fekete lyukak eseményhorizontja is jóval kisebb, ám sokkal erősebbek az ott fellépő árapályerők, így ezek a közeledő tárgyat már azelőtt széttépnék, hogy a tárgy elérhetné az eseményhorizontot. Ez annak köszönhető, hogy az objektum eseményhorizonthoz közelebb eső végére sokkal erősebb vonzást gyakorol a lyuk gravitációja, mint a másik végére – ezt nevezzük spagettifikációnak, vagyis spagettivé nyúlásnak.

A szimulációban látott fekete lyuk eseményhorizontja mintegy 25 millió kilométer átmérőjű (ez a Nap-Föld távolság 17 százaléka), amit a lapos akkréciós korong világító, forró, örvénylő gázai vesznek körbe – a videóban ez szolgál referenciaként. Ugyanezt a célt szolgálják a beljebb látható fotongyűrűk is, amelyek szintén világítanak. Ezeket az a fény hozza létre, ami már egyszer vagy többször is megkerülte a fekete lyukat. A videó hátteréül a Földről látható éjszakai égbolt szolgál.

A szimulációt bemutató kamera 640 millió kilométeres távolságból indul, és miközben megközelíti a fekete lyukat, az akkréciós korong és a fotongyűrű is számos torzuláson esik át, a háttér égbolt látványával együtt. A valóságban a kamerának 3 órára lenne szüksége ahhoz, hogy elérje az eseményhorizontot, és közben kétszer megkerülné a fekete lyukat.

Azonban egy távoli megfigyelő számára a folyamat megállna, vagyis úgy látszana, mintha a kamera sosem érne el az eseményhorizonthoz, a közeledése során fokozatosan belassulna, majd a külső szemlélő számára megállna, mintegy belefagyva az időbe.

Az eseményhorizontot átlépve a kamera az őt magában foglaló téridővel együtt, fénysebességgel a fekete lyuk középpontja felé tart. Ott található az a pont, amelyet szingularitásnak nevezünk, és ahol az általunk ismert fizikai törvények megszűnnek. Amint a kamera átlépte az eseményhorizontot, innentől már csupán 12,8 másodpercre van szüksége ahhoz, hogy eljusson a 128 ezer kilométerre lévő szingularitáshoz.

A másik változatban a kamera elkerüli az eseményhorizontot és szerencsésen távozik annak közelségéből. Ha nem egy kamera, hanem egy űrhajós tenné meg ezt az utat, akkor a kiindulási ponton várakozó űrhajóstársaihoz képest, a hatórás utat követően 36 perccel fiatalabban térne vissza hozzájuk.

Ennek az oka az, hogy az erős gravitációforrás közelében a fénysebességhez közeli tempóban mozogva lassabban telik az idő. „A helyzet még szélsőségesebb is lehetne” – tette hozzá Schnittman. „Ha a fekete lyuk gyorsan forogna, akkor az Interstellar című, 2014-es filmben látotthoz hasonlóan, a kollégáihoz képest több évvel fiatalabban térhetne vissza az űrhajós.”

A videót változatait nagy felbontásban le is töltheti, aki szeretné nagy méretben megfigyelni a részleteket.