מעבר לסף: הדמיה חדשה של חור שחור של נאס"א צוללת את הצופים אל אופק האירוע

נאס"אחדש חור שחור הדמיות מדמות את ההשפעות הדרמטיות של חציית אופק האירועים, מדגישות את העיוותים החמורים במרחב-זמן ואת הספגטיפיקציה בסופו של דבר ליד הייחודיות.

תהיתם פעם מה קורה כשאתם נופלים לחור שחור? כעת, הודות להדמיה חדשה וסוחפת שהופקה על מחשב-על של נאס"א, הצופים יכולים לצלול אל אופק האירועים, נקודת האל-חזור של חור שחור.

המדע שמאחורי ההדמיה

"אנשים שואלים על זה לעתים קרובות, והדמיית התהליכים הקשים לדמיון עוזרים לי לחבר את המתמטיקה של תורת היחסות להשלכות הממשיות ביקום האמיתי", אמר ג'רמי שניטמן, אסטרופיזיקאי במרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א בגרינבלט, מרילנד. יצרו את ההדמיות. "אז דימתי שני תרחישים שונים, אחד שבו מצלמה – סטנד-אין לאסטרונאוט נועז – פשוט מחטיא את אופק האירועים וזורקים בחזרה החוצה, ואחד שבו היא חוצה את הגבול וחותמת את גורלה".

ההדמיות זמינות במספר צורות. סרטוני הסברים משמשים כמדריכים לטיולים, ומאירים את ההשפעות המוזרות של תורת היחסות הכללית של איינשטיין. גרסאות המעובדות כסרטוני 360 מעלות מאפשרות לצופים להסתכל מסביב במהלך הטיול, בעוד שאחרות משחקות כמפות שטוחות בשמיים.

בהדמיה זו של טיסה לעבר חור שחור סופר מסיבי, תוויות מדגישות רבות מהמאפיינים המרתקים שנוצרו על ידי השפעות תורת היחסות הכללית לאורך הדרך. ההדמיה, שהופקה על מחשב-על של נאס"א, עוקבת אחר מצלמה כשהיא מתקרבת, מסתובבת לזמן קצר, ואז חוצה את אופק האירועים – נקודת האל-חזור – של חור שחור מפלצתי בדומה לזה שבמרכז הגלקסיה שלנו. קרדיט: מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א/J. שניטמן וב. פאוול

צפה בצלילה בסרטון 360 ביוטיוב

פרטים טכניים של הפרויקט

כדי ליצור את ההדמיות, שניטמן חבר עם מדען גודארד עמית בריאן פאוול והשתמש במחשב העל Discover במרכז נאס"א לסימולציית אקלים. הפרויקט ייצר כ-10 טרה-בייט של נתונים – שווה ערך למחצית מתוכן הטקסט המשוער בספריית הקונגרס – ולקח כ-5 ימים בהפעלתו על רק 0.3% מ-129,000 המעבדים של Discover. אותו הישג ייקח יותר מעשור במחשב נייד טיפוסי.

מאפיינים של החור השחור המדומה

היעד הוא חור שחור סופר מסיבי עם מסה פי 4.3 מיליון מהמסה שלנו, שווה ערך למפלצת שנמצאת במרכז שלנו. שביל החלב גָלַקסִיָה.

"אם יש לך את הבחירה, אתה רוצה ליפול לתוך חור שחור סופר מסיבי", הסביר שניטמן. "חורים שחורים בעלי מסה כוכבית, המכילים עד כ-30 מסות שמש, הם בעלי אופקי אירועים קטנים בהרבה וכוחות גאות ושפל חזקים יותר, שיכולים לקרוע אובייקטים מתקרבים לפני שהם מגיעים לאופק."

זה מתרחש מכיוון שמשיכה הכבידה בקצה של עצם קרוב לחור השחור היא הרבה יותר חזקה מזו שבקצה השני. עצמים נופלים נמתחים כמו אטריות, תהליך שאסטרופיזיקאים מכנים ספגטיפיקציה.

אפקטים חזותיים ופיזיים ליד חור שחור

אופק האירועים של החור השחור המדומה משתרע על פני כ-16 מיליון מיילים (25 מיליון קילומטרים), או כ-17% מהמרחק מכדור הארץ לשמש. ענן שטוח ומתערבל של גז חם וזוהר הנקרא דיסקית הצטברות מקיף אותו ומשמש כהתייחסות ויזואלית במהלך הסתיו. כך גם מבנים זוהרים הנקראים פוטון טבעות, שנוצרות קרוב יותר לחור השחור מאור שהקיף אותו פעם אחת או יותר. רקע של השמים זרועי הכוכבים כפי שהם נראים מכדור הארץ משלים את הסצנה.

סיור בהדמיה חלופית העוקבת אחר מצלמה כשהיא מתקרבת, נופלת לעבר, מקיפה לזמן קצר ונמלטת מחור שחור סופר מסיבי. גרסה סוחפת זו של 360 מעלות מאפשרת לצופים להסתכל מסביב במהלך הטיסה. קרדיט: מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א/J. שניטמן וב. פאוול

צפה במסביר המעבר ב-YouTube

כשהמצלמה מתקרבת לחור השחור, ומגיעה למהירויות הקרובות יותר לזו של האור עצמו, הזוהר מדיסקת ההצטברות וכוכבי הרקע מתגבר באותה צורה שבה צליל של מכונית מירוץ מתקרבת עולה בגובהו. האור שלהם נראה בהיר ולבן יותר כאשר מסתכלים לכיוון הנסיעה.

המסע אל אופק האירועים

הסרטים מתחילים עם המצלמה הממוקמת במרחק של כמעט 400 מיליון מיילים (640 מיליון קילומטרים), כשהחור השחור ממלא במהירות את הנוף. לאורך הדרך, הדיסק של החור השחור, טבעות הפוטונים ושמי הלילה הופכים מעוותים יותר ויותר – ואפילו יוצרים תמונות מרובות כשהאור שלהם חוצה את המרחב-זמן המתעוות יותר ויותר.

בזמן אמת לוקח למצלמה כ-3 שעות ליפול אל אופק האירועים, תוך שהיא מבצעת כמעט שני מסלולים שלמים של 30 דקות לאורך הדרך. אבל לכל מי שמתבונן מרחוק, זה לעולם לא יגיע לשם. ככל שהמרחב-זמן נעשה מעוות יותר ויותר קרוב לאופק, תמונת המצלמה תאט ואז נראה שהיא קופאת רק מתביישת ממנה. זו הסיבה שאסטרונומים התייחסו במקור לחורים שחורים כ"כוכבים קפואים".

גורל בתוך אופק האירועים

באופק האירועים, אפילו המרחב-זמן עצמו זורם פנימה במהירות האור, מגבלת המהירות הקוסמית. ברגע שבתוכה, גם המצלמה וגם המרחב-זמן שבו היא נעה ממהרים לעבר מרכז החור השחור – נקודה חד-ממדית הנקראת סינגולריות, שבה חוקי הפיזיקה כפי שאנו מכירים אותם מפסיקים לפעול.

"ברגע שהמצלמה חוצה את האופק, ההשמדה שלה באמצעות ספגטיפיקציה נמצאת במרחק של 12.8 שניות בלבד", אמר שניטמן. משם, זה רק 79,500 מייל (128,000 ק"מ) לייחודיות. החלק האחרון של ההפלגה הסתיים כהרף עין.

השלכות תיאורטיות של הרחבת זמן

בתרחיש האלטרנטיבי, המצלמה מסתובבת קרוב לאופק האירועים אך היא לעולם לא חוצה ובורחת למקום מבטחים. אם אסטרונאוטית תטיס חללית בנסיעה הלוך ושוב של 6 שעות בזמן שעמיתיה בספינת האם נשארו רחוקים מהחור השחור, היא הייתה חוזרת צעירה ב-36 דקות מעמיתיה. הסיבה לכך היא שהזמן עובר לאט יותר ליד מקור כבידה חזק וכשהוא נע קרוב למהירות האור.

"המצב הזה יכול להיות אפילו יותר קיצוני", ציין שניטמן. "אם החור השחור היה מסתובב במהירות, כמו זה שהוצג בסרט 'בין כוכבים' ב-2014, היא הייתה חוזרת צעירה בשנים רבות מחבריה לספינה".