Zdjęcie w tle: NASA, Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman, Brian P. Powell

Para orbitujących czarnych dziur o masie miliony razy większej od masy Słońca wykonuje hipnotyzujące pas de deux w nowej symulacji NASA. Film pokazuje, jak czarne dziury zniekształcają i przekierowują światło pochodzące z gorącego gazu – zwanego dyskiem akrecyjnym – który otacza każdą z nich.

Widziany od strony płaszczyzny orbitalnej, każdy dysk akrecyjny czarnej dziury przybiera charakterystyczny wygląd podwójnego garbu. Jednak gdy jeden z nich przechodzi przed drugim, grawitacja czarnej dziury na pierwszym planie przekształca jego partnera w szybko zmieniającą się sekwencję łuków. Te zniekształcenia pojawiają się, gdy światło z obu dysków porusza się po splątanej czasoprzestrzeni w pobliżu czarnych dziur.

„Widzimy dwie supermasywne czarne dziury, większą o masie 200 milionów mas Słońca i mniejszą towarzyszkę ważącą o połowę mniej. To rodzaj układu podwójnego czarnych dziur, w którym myślimy, że obaj członkowie przez miliony lat mogliby utrzymywać własne dyski akrecyjne”

– powiedział Jeremy Schnittman, astrofizyk z NASA’s Goddard Space Flight Center, który stworzył wizualizację

Dyski akrecyjne mają różne kolory, czerwony i niebieski, aby ułatwić śledzenie źródeł światła, ale wybór ten w pewnym stopniu odzwierciedla rzeczywistość. Gorętszy gaz emituje światło bliższe niebieskiemu końcowi widma, a materia orbitująca wokół mniejszych czarnych dziur doświadcza silniejszych efektów grawitacyjnych, które wytwarzają wyższe temperatury. Dla tych mas oba dyski akrecyjne emitowałyby większość swojego światła w UV, przy czym niebieski dysk miałby nieco wyższą temperaturę.

Widziane na wprost, dyski akrecyjne wyglądają na wyraźnie jaśniejsze z jednej ze stron. Szybki ruch gazu modyfikuje jasność dysku poprzez efekt Dopplera – część, która zbliża się do obserwatora, jest jaśniejsza od tej, która się oddala.

Wizualizacja ukazuje również bardziej subtelne zjawisko zwane aberracją relatywistyczną. Czarne dziury wydają się mniejsze, gdy zbliżają się do obserwatora a większe, gdy się od niego oddalają.

Efekty te znikają podczas oglądania układu z góry, ale pojawiają się nowe cechy. Obie czarne dziury wytwarzają małe obrazy swoich partnerów. Aby je wytworzyć, światło z czarnych dziur musi być przekierowane o 90 stopni, co oznacza, że obserwujemy czarne dziury z dwóch różnych perspektyw – od góry oraz od boku – w tym samym czasie.

Schnittman stworzył wizualizację, obliczając drogę, jaką przebywają poszczególne promienie świetlne z dysków akrecyjnych w trakcie ich wędrówki przez wypaczoną czasoprzestrzeń wokół czarnych dziur. Na nowoczesnym komputerze stacjonarnym obliczenia potrzebne do stworzenia klatek filmowych zajęłyby około dekady, dlatego Schnittman połączył siły z Brianem P. Powellem, badaczem danych z Goddard (NASA), i wykorzystał superkomputer Discover z NASA Center for Climate Simulation. Wykorzystując zaledwie 2% ze 129 000 procesorów Discover, obliczenia zajęły około jednego dnia.

Źródła:

Autor

Szymon Ryszkowski

Redaktor Naczelny Portalu Astronomicznego AstroNET, członek Klubu Astronomicznego Almukantarat. Autor gry planszowej Solar System Voyager.