Niesamowita animacja przedstawiająca parę orbitujących czarnych dziur o masie miliony razy większej od masy Słońca wykonuje hipnotyzujący taniec na wizualizacji NASA.
Film pokazuje, jak czarne dziury zniekształcają i przekierowują światło pochodzące z gorącego gazu - zwanego dyskiem akrecyjnym - który otacza każdą z nich.
Widziane z bliska płaszczyzny orbitalnej, każdy dysk akrecyjny przybiera charakterystyczny, wypaczony wygląd. 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 dysków akrecyjnych porusza się po splątanej tkaninie przestrzeni i czasu w pobliżu czarnych dziur.
Symulowany układ podwójny zawiera dwie supermasywne czarne dziury, większą - o masie 200 milionów mas Słońca i mniejszą, ważącą o połowę mniej. Astronomowie uważają, że tego typu układ czarnych dziur to taki, w którym oba człony mogą utrzymywać długo żyjący dysk akrecyjny.
Dyski mają różne kolory, czerwony i niebieski, aby ułatwić śledzenie źródeł światła, ale wybór ten odzwierciedla również rzeczywistość. Gaz krążący wokół czarnych dziur o niższych masach doświadcza silniejszych efektów, które wytwarzają wyższe temperatury. Dla tych mas oba dyski akrecyjne emitowałyby większość swojego światła w UV, przy czym niebieski dysk osiągałby nieco wyższą temperaturę.
Widziane niemal na wprost, dyski akrecyjne wydają się zauważalnie jaśniejsze po jednej stronie. Grawitacyjne zniekształcenia zmieniają ścieżki światła pochodzącego z różnych części dysków, tworząc wypaczony obraz. Szybki ruch gazu w pobliżu czarnej dziury modyfikuje jasność dysku poprzez zjawisko zwane wzmocnieniem Dopplera - efekt teorii względności Einsteina, który rozjaśnia stronę obracającą się w kierunku widza i przyciemnia stronę obracającą się w kierunku przeciwnym.
Film pokazuje również bardziej subtelne zjawisko zwane aberracją relatywistyczną. Czarne dziury wydają się mniejsze, gdy zbliżają się do widza i 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, które krążą wokół nich po każdej orbicie. Przyglądając się bliżej, widać wyraźnie, że te obrazy są w rzeczywistości widokami od strony krawędzi. Aby je uzyskać, światło z czarnych dziur musi być przekierowane o 90 stopni, co oznacza, że obserwujemy je z dwóch różnych perspektyw - od strony twarzy i od strony krawędzi - w tym samym czasie. Zbliżenie do każdej czarnej dziury ujawnia wiele, coraz bardziej zniekształconych obrazów jej partnera.
Wizualizacja, stworzona przez astrofizyka Jeremy'ego Schnittmana z Goddard, polegała na obliczeniu drogi, jaką przebywają promienie świetlne z dysków akrecyjnych w trakcie ich podróży 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 Goddarda, i wykorzystał superkomputer Discover w Centrum Symulacji Klimatu NASA. Wykorzystując zaledwie 2% z 129 000 procesorów Discover, obliczenia te zajęły około jednego dnia.
Astronomowie spodziewają się, że pewnego dnia będą w stanie wykryć fale grawitacyjne - falowanie czasoprzestrzeni - powstające, gdy dwie supermasywne czarne dziury w układzie podobnym do przedstawionego przez Schnittmana nawijają na siebie i łączą się.
https://www.youtube.com/watch?v=rQcKIN9vj3U
Więcej informacji na stronie - https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/new-nasa-visualization-probes-the-light-bending-dance-of-binary-black-holes