Τι θα βλέπαμε αν πέφταμε μέσα σε μια μαύρη τρύπα; Τα βίντεο προσομοίωσης της NASA μας απαντούν (VIDEO)

 

Ένα ταξίδι χωρίς επιστροφή που θα μας χάριζε όμως μοναδικές εικόνες

Πώς θα ήταν αν ξαφνικά «βουτούσαμε» σε μια μαύρη τρύπα;

Οι μαύρες τρύπες είναι ένα από τα μεγαλύτερα αστρονομικά μυστήρια. Αυτό που ξέρουμε όμως είναι ότι είναι τόσο πυκνές που η ύλη τους συμπιέζεται σε ένα χώρο που προς το παρόν δεν μπορούμε καν να φανταστούμε και γι’ αυτό το ερώτημα πώς είναι το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας βασανίζει τους επιστήμονες.

Απάντηση προσπάθησε να δώσει ο αστροφυσικός Τζέρεμι Σνίτμαν του Κέντρου Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA δημιουργώντας μια νέα προσομοίωση υπερυπολογιστή με βάση τα τρέχοντα δεδομένα.

«Οι άνθρωποι ρωτούν συχνά γι’ αυτό και η προσομοίωση αυτών των διαδικασιών που είναι δύσκολο να τις φανταστείς με βοηθά να συνδέσω τα μαθηματικά της σχετικότητας με τις πραγματικές συνέπειες στο πραγματικό Σύμπαν», λέει ο Σνίτμαν.

«Έτσι προσομοίωσα δύο διαφορετικά σενάρια, ένα όπου μια κάμερα – που υποτίθεται ότι αναπαριστά έναν τολμηρό αστροναύτη- φτάνει ως τον ορίζοντα γεγονότων (σημ. το σημείο στον χωροχρόνο εντός του οποίου τα γεγονότα δεν μπορούν να επηρεάσουν τον παρατηρητή, καθώς η βαρύτητα ισοδυναμεί με καμπύλωση του χωροχρόνου- η άκρη της μαύρης τρύπας), αλλά φεύγει προς τα πίσω την τελευταία στιγμή και ένα ακόμα στο οποίο η κάμερα περνά αυτό το όριο, μπαίνει στην μαύρη τρύπα και σφραγίζει τη μοίρα της για πάντα», αναφέρει ο επιστήμονας.

Σενάριο 1ο: Ταξίδι γύρω από την μαύρη τρύπα

Σενάριο 2ο: Ταξίδι (χωρίς επιστροφή) μέσα στην μαύρη τρύπα

Σχηματισμένες από τους πυρήνες τεράστιων νεκρών αστεριών που καταρρέουν από τη δική τους βαρύτητα, οι μαύρες τρύπες είναι τόσο πυκνές και με τόσο μεγάλη βαρύτητα που τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει από αυτές αν μπει στο εσωτερικό τους, ούτε καν το φως.

Αυτό σημαίνει ότι δεν έχουμε τρόπο να γνωρίζουμε τι είναι πέρα από τον ορίζοντα γεγονότων τους. Το φως είναι το κύριο εργαλείο που χρησιμοποιούμε για να διερευνήσουμε το Σύμπαν και αφού δεν μπορούμε να δούμε φως από το εσωτερικό μιας μαύρης τρύπας, απλά δεν μπορούμε να πούμε τι υπάρχει εκεί.

Ο Σνίτμαν στα βίντεο με τις διαφορετικές εκδοχές του βασίζεται στα όσα στοιχεία γνωρίζουμε ως σήμερα, ενώ μαζί με την προσομοίωση παρέχει και επεξηγήσεις για το τι βλέπουμε φωτίζοντας τις θεωρίες της σχετικότητας του Αϊνστάιν.

Μάλιστα, έχει δημιουργήσει και ένα βίντεο 360 μοιρών που δίνει τη δυνατότητα στον χρήστη να κοιτάξει γύρω του, για να δει όσα θα συνέβαιναν μέσα στη μαύρη τρύπα.

Για να δημιουργήσει τις απεικονίσεις, ο Σνίτμαν συνεργάστηκε με τον συνάδελφό του επιστήμονα από το Ινστιτούτο Goddard, Μπράιαν Πάουελ και χρησιμοποίησε τον υπερυπολογιστή Discover στο Κέντρο Προσομοίωσης Κλίματος της NASA. Το έργο παρήγαγε περίπου 10 terabytes δεδομένων - ισοδύναμα περίπου με το μισό από το περιεχόμενο κειμένου που εκτιμάται ότι βρίσκεται στη Βιβλιοθήκη του Κογκρέσου - και η διαδικασία χρειάστηκε περίπου 5 ημέρες για «τρέξει» μόλις το 0,3% των 129.000 επεξεργαστών του Discover. Το ίδιο κατόρθωμα θα χρειαζόταν περισσότερο από μια δεκαετία σε ένα τυπικό φορητό υπολογιστή.

Στα βίντεο του Σνίτμαν, ο προορισμός μας είναι μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα με μάζα 4,3 εκατομμύρια φορές της μάζας του Ήλιου μας, ισοδύναμη με την τεράστια τρύπα που βρίσκεται στο κέντρο του Γαλαξία μας. 

«Αν θα είχαμε την επιλογή, το καλύτερο θα ήταν να πέσουμε σε μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα», εξήγησε ο Σνίτμαν. «Οι μαύρες τρύπες αστρικής μάζας, που περιέχουν έως και 30 ηλιακές μάζες, διαθέτουν πολύ μικρότερους ορίζοντες γεγονότων και ισχυρότερες παλιρροϊκές δυνάμεις, οι οποίες μπορούν να διασπάσουν τα αντικείμενα που πλησιάζουν πριν φτάσουν στον ορίζοντα», εξηγεί.

Αυτό συμβαίνει επειδή η βαρυτική έλξη στο άκρο ενός αντικειμένου που βρίσκεται πιο κοντά στη μαύρη τρύπα είναι πολύ ισχυρότερη από αυτή στο άλλο άκρο. Τα αντικείμενα που πέφτουν σε αυτές απλώνονται σαν τα νουντλς, μια διαδικασία που οι αστροφυσικοί αποκαλούν «σπαγγέτιση» ή πιο απλά μακαρονοποίηση.

Ο ορίζοντας γεγονότων της προσομοιωμένης μαύρης τρύπας εκτείνεται σε περίπου 16 εκατομμύρια μίλια (25 εκατομμύρια χιλιόμετρα), ή περίπου το 17% της απόστασης από τη Γη στον Ήλιο. Ένα επίπεδο, στροβιλιζόμενο σύννεφο καυτού, λαμπερού αερίου που ονομάζεται δίσκος προσαύξησης το περιβάλλει και χρησιμεύει ως σημείο οπτικής αναφοράς κατά τη διάρκεια της πτώσης. Το ίδιο κάνουν και οι λαμπερές δομές που ονομάζονται δακτύλιοι φωτονίων, οι οποίοι σχηματίζονται πιο κοντά στη μαύρη τρύπα από το φως που περιφέρεται γύρω από αυτήν μία ή περισσότερες φορές. Η εικόνα ολοκληρώνεται με το σκηνικό του έναστρου ουρανού όπως το βλέπουμε και από τη Γη.

Καθώς η «κάμερα» πλησιάζει τη μαύρη τρύπα, φτάνοντας ταχύτητες όλο και πιο κοντά σε αυτήν του ίδιου του φωτός, η λάμψη από τον δίσκο προσαύξησης και τα αστέρια του φόντου ενισχύεται σχεδόν με τον ίδιο τρόπο που ανεβαίνει ο ήχος ενός αγωνιστικού αυτοκινήτου καθώς πλησιάζει. 

Στα βίντεο, ξεκινάμε σε μια απόσταση σχεδόν 400 εκατομμύρια μίλια (640 εκατομμύρια χιλιόμετρα) μακριά, με τη μαύρη τρύπα να πλησιάζει σύντομα. Στην πορεία, ο δίσκος της μαύρης τρύπας, οι δακτύλιοι φωτονίων και ο νυχτερινός ουρανός παραμορφώνονται ολοένα και περισσότερο - και σχηματίζουν ακόμη και πολλαπλές εικόνες καθώς το φως τους διασχίζει τον ολοένα και πιο παραμορφωμένο χωροχρόνο.

Σε πραγματικό χρόνο, η κάμερα χρειάζεται περίπου 3 ώρες για να φτάσει στον ορίζοντα γεγονότων, εκτελώντας σχεδόν δύο πλήρεις τροχιές 30 λεπτών. Ωστόσο, αν κάποιος παρατηρούσε από μακριά, θα έμοιαζε ότι η κάμερα δεν θα έφτανε ποτέ εκεί. Καθώς ο χωροχρόνος παραμορφώνεται όσο φτάνουμε πιο κοντά στον ορίζοντα, η εικόνα της κάμερας θα επιβραδύνει και στη συνέχεια θα φαίνεται να παγώνει πολύ λίγο. Αυτός είναι ο λόγος που οι αστρονόμοι αρχικά αναφέρονταν στις μαύρες τρύπες ως «παγωμένα αστέρια».

Στον ορίζοντα γεγονότων, ακόμη και ο ίδιος ο χωροχρόνος ρέει προς τα μέσα με την ταχύτητα του φωτός. Μόλις μπει μέσα της, τόσο η κάμερα όσο και ο χωροχρόνος στον οποίο κινείται ορμούν προς το κέντρο της μαύρης τρύπας - ένα μονοδιάστατο σημείο που ονομάζεται ιδιομορφία, όπου οι νόμοι της φυσικής όπως τους γνωρίζουμε παύουν να λειτουργούν.

«Μόλις η κάμερα διασχίσει τον ορίζοντα, η καταστροφή της δεν θα χρειαστεί περισσότερο από 12,8 δευτερόλεπτα», είπε ο Σνίτμαν. Από εκεί, απέχει μόνο 79.500 μίλια (128.000 χιλιόμετρα) μέχρι τη μοναδικότητα (το κέντρο της μαύρης τρύπας).

Στο εναλλακτικό σενάριο, η κάμερα περιφέρεται κοντά στον ορίζοντα γεγονότων, αλλά ποτέ δεν τον διασχίζει και τελικά διαφεύγει σε ασφαλές μέρος. Αν ένας αστροναύτης πετούσε με διαστημόπλοιο σε αυτό το εξάωρο ταξίδι μετ' επιστροφής ενώ οι συνάδελφοί του στο μητρικό σκάφος παρέμεναν μακριά από τη μαύρη τρύπα, θα επέστρεφε 36 λεπτά νεότερος από τους υπόλοιπους. Αυτό συμβαίνει επειδή ο χρόνος κυλάει πιο αργά κοντά σε μια ισχυρή βαρυτική πηγή και όταν κινείται κοντά στην ταχύτητα του φωτός.

«Αυτή η κατάσταση μπορεί να είναι ακόμη πιο ακραία», σημείωσε ο Σνίτμαν. «Αν η μαύρη τρύπα περιστρεφόταν γρήγορα, όπως αυτή που παρουσιάστηκε στην ταινία του 2014 «Interstellar», θα επέστρεφε πολλά χρόνια νεότερος από τους υπόλοιπους αστροναύτες».