+2.20%
61.64
-0.87%
66.2781
-0.61%
75.6280
+0.26%
1.1411
+0.18%
1226.03

Путешествие в черную дыру в виртуальной реальности

25 ноября, 11:32
43
Астрофизики создали симуляцию, показывающую, что увидит наблюдатель, падающий в черную дыру Sagittarius A* в центре Млечного пути
Выпуская на экраны фильм «Интерстеллар», создатели сделали эффектный ход: они объявили, что кадры фильма, где показана черная дыра, основаны на точных теоретических расчетах. Эти расчеты якобы любезно выполнил для режиссера Кристофера Нолана сам Кип Торн, лауреат Нобелевской премии и, наверное, самый авторитетный в мире специалист по релятивистской физике после ухода Стивена Хокинга.
Наверняка в этом утверждении была доля правды: Кипу Торну совсем не сложно было сделать для режиссера правдоподобный набросок. Однако каждый, кто знаком с релятивистской физикой, понимает, что о точном вычислении речь идти не могла: такой расчет потребовал бы не мимолетного внимания нобелевского лауреата, а довольно трудоемкой работы с использованием значительных вычислительных мощностей. Однако теперь наконец такой расчет выполнен, о чем сообщает опубликованная недавно работа физиков из Нидерландов. Название работы говорит само за себя — «Наблюдение супермассивной черной дыры в виртуальной реальности». Панорамную симуляцию можно посмотреть на коммерчески доступных ВР-консолях. Видеосимуляция доступна на Youtube.
Объектом моделирования стала не абстрактная черная дыра из научно-фантастического сюжета, а конкретный астрономический объект — Sagittarius A*, супермассивная черная дыра, расположенная в центре нашей галактики. В качестве исходных данных использовались те факты, которые уже известны об этом объекте. Чтобы перейти от физических формул к наглядной картинке, понадобилась серия сложных расчетов. Для начала надо было рассчитать пути световых лучей вокруг черной дыры, чтобы понять, как изменится сама картина Вселенной, если наблюдатель расположен в непосредственной близости от горизонта событий.
На первой иллюстрации условно представлена панорама наблюдателя в обычном неискривленном пространстве. Зеленым и красным цветом обозначено то, что находится впереди наблюдателя, желтым и синим — задняя часть (то, что мы могли бы видеть, имей мы панорамный обзор в 360о или шлем ВР на голове).
А вот как искажается это поле зрения, когда вы находитесь в непосредственной близости (около трех радиусов горизонта) от черной дыры, причем двигаетесь к ней в поле ее тяготения. Можно видеть, что передняя часть панорамы сужается, зато вы можете, не поворачивая головы, увидеть то, что на самом деле находится сзади вас.
Следует иметь в виду, что если наблюдатель не падает в дыру, а противится ее притяжению, картинка станет совсем другой: «тень» черной дыры (темное пятно в середине) окажется гораздо больше, а поле зрения деформируется по-другому, и его передняя часть, наоборот, растянется по краям.
Рассчитав траектории световых лучей, исследователи перешли к созданию образа реального объекта. Они вычислили, как могла бы выглядеть для наблюдателя черная дыра в процессе аккреции (т. е. заглатывания) вещества. Но самая любопытная часть этого опыта — воссоздание зрительных впечатлений наблюдателя, который сам движется в поле тяготения черной дыры.
На кадрах 5100-5800 наблюдатель приближается к черной дыре, причем вначале можно ясно видеть часть ее «тени» — темное пятно, откуда не выходят лучи света. Затем облака горячего газа закрывают этот объект.
Кадр 6150 соответствует вашему максимальному приближению к черной дыре в ее диске аккреции. В этот момент наблюдатель не видит практически ничего из-за очень высокой оптической плотности диска.
По воле создателей симуляции приключения наблюдателя заканчиваются благополучно: из окрестностей черной дыры его выносит джет, исходящий от одного из полюсов объекта (кадр 7200). Отсюда уже можно видеть тень черной дыры как темный диск, окруженный падающей на него разогретой материей. Джет уносит вас все дальше от объекта, и наконец вы уже можете видеть вокруг черной дыры звездное небо (7900-8599), лишь немного искаженное гравитационным полем.
Один из результатов работы — весьма точное предсказание, как мог бы выглядеть объект Sagittarius A*, если бы удалось наблюдать его в деталях с помощью астрономических инструментов. Следует отметить, что подобных наблюдений появляется все больше, и в последних из них окрестности супермассивной черной дыры в центре Млечного Пути удалось рассмотреть очень подробно. Сравнение наблюдательных данных с расчетами позволит уточнить границы применимости теоретических описаний и продвинуться в понимании фундаментальных законов физики. Говорит один из авторов работы профессор Эйно Фальке: «У нас у всех есть в голове картинка, как предположительно должны выглядеть черные дыры, но наука продвинулась вперед, и сейчас мы можем сделать гораздо более точные прикидки. Оказывается, эти черные дыры не очень похожи на то, к чему мы привыкли».
Авторы, однако, указывают на еще один важный итог их работы. «Выполненные нами визуализации имеют огромный потенциал: мы использовали их, чтобы познакомить детей с явлением черных дыр, и те действительно что-то из этого узнали. Виртуальная реальность — прекрасный инструмент, чтобы представить наши работы широкой аудитории, даже если речь идет о таких сложных физических объектах, как черные дыры», — заявил другой участник исследования доктор Йорди Давелар (источник цитаты).
Наверх