Танці двох гігантів. NASA показало, як танцюють чорні діри (відео)

Пара чорних дір робить гіпнотичний танець у новій візуалізації NASA. Нове моделювання показало, як чорні діри спотворюють і перенаправляють світло, що виходить від виру гарячого газу, званого акреційним диском, який оточує кожну з них, повідомляє NASA.

Якщо дивитися з боку площини орбіти, кожен акреційний диск набуває характерного двогорбого виду. Але коли одна проходить попереду іншої, гравітація чорної діри на передньому плані перетворює її партнера на швидку мінливу послідовність вигинів. Ці спотворення проявляються, коли світло від обох дисків переміщається по заплутаній матерії простору і часу поруч із чорними дірами.

"Ми спостерігаємо дві надмасивні чорні діри, велику з масою у 200 мільйонів мас Сонця й іншу, яка важить вдвічі менше", — говорить Джеремі Шніттман, астрофізик з Центру космічних польотів NASA імені Годдарда в Грінбелті, штат Меріленд, який створив візуалізацію.

Акреційні диски мають різні кольори, червоний і синій, щоб спростити відстеження джерел світла. Більш гарячий газ випромінює світло ближче до синього кінця спектру, а речовина, що обертається навколо більш дрібних чорних дір, відчуває більш сильні гравітаційні ефекти, що викликають більш високі температури.

Можна помітити, що акреційні диски з одного боку виглядають помітно яскравіше. Гравітаційне спотворення змінює шлях світла, що виходить від різних частин дисків, створюючи спотворене зображення. Швидкий рух газу близько чорної діри змінює світіння диска за рахунок явища, званого доплерівським посиленням — ефект теорії відносності Ейнштейна, яка збільшує яскравість сторони, що обертається до спостерігача, і затемнює сторону, що обертається протилежно від спостерігача.

Візуалізація також показує більш тонкий феномен, званий релятивістською аберацією. Чорні діри здаються меншими в міру наближення до глядача і більшими в міру віддалення.

Шніттман створив візуалізацію, обчисливши шлях, прохідний променями світла від акреційних дисків, коли вони пробиралися через викривлений простір-час навколо чорних дір.

На сучасному настільному комп'ютері обчислення необхідні для створення кадрів відео зайняли б близько десяти років. Тому Шніттман об'єднався з ученим з Годдарда Браяном П. Пауеллом, щоб використовувати суперкомп'ютер Discover у Центрі моделювання клімату NASA. При використанні всього 2% з 129 000 процесорів Discover ці обчислення зайняли б близько доби.

Астрономи очікують, що в недалекому майбутньому вони зможуть виявляти гравітаційні хвилі — брижі в просторі-часі, — що виникають, коли дві надмасивні чорні діри в системі, дуже схожій на ту, яку зобразив Шніттман, поєднуються і зливаються по спіралі.