I ricercatori hanno creato la nuova simulazione utilizzando il supercomputer Discover presso il NASA Center for Climate Simulation. 

"Le persone spesso chiedono questo, e simulare questi processi difficili da immaginare mi aiuta a collegare la matematica della relatività alle effettive conseguenze nell'universo reale", ha detto nel comunicato Jeremy Schnittman, astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA che creato i filmati. "Così ho simulato due diversi scenari, uno in cui una telecamera - una controfigura di un audace astronauta - manca appena l'orizzonte degli eventi e si fionda indietro, e uno in cui attraversa il confine, segnando il suo destino".

Per creare le visualizzazioni, Schnittman ha collaborato con il collega scienziato Goddard Brian Powell. Il progetto ha generato circa 10 terabyte di dati e ha richiesto circa 5 giorni di esecuzione su appena lo 0,3% dei 129.000 processori di Discover. La stessa impresa richiederebbe più di un decennio su un tipico laptop.

 

Tuffo a 360

Il primo filmato è costruito dal punto di vista di uno spettatore che si tuffa attraverso il disco di accrescimento di gas incandescente attorno a un buco nero supermassiccio con 4,3 milioni di volte la massa del nostro Sole, equivalente al mostro situato al centro della nostra galassia, la Via Lattea. Termina, quando lo sfortunato protagonista raggiunge il punto di non ritorno: l'orizzonte degli eventi, dove nulla, nemmeno la luce, può sfuggire.

I buchi neri sono gli oggetti più densi dell'universo. Nessuno sa esattamente che aspetto abbia la materia oltre l’orizzonte degli eventi di un buco nero ma i ricercatori sanno molto sulla fisica che circonda queste regioni ultra-dense. Attorno a un buco nero, le forze gravitazionali sono così forti che lo spazio-tempo stesso si deforma.

I buchi neri più comuni nell’universo sono quelli di massa stellare. Questi hanno orizzonti degli eventi piccoli e gli estremi cambiamenti gravitazionali su piccole distanze producono violente forze di marea. Gli oggetti che si avvicinano ai buchi neri di massa stellare vengono spesso fatti a pezzi prima ancora di raggiungere l’orizzonte degli eventi in un processo chiamato spaghettificazione. Immagina di cadere dritto per dritto nel buco nero: la gravità che agirebbe ai tuoi piedi sarebbe più forte di quella che agirebbe sulla tua testa, facendo allungare il tuo corpo come una tagliatella.

I buchi neri supermassicci, invece, come quello in questa simulazione, sono molto più calmi. La spaghettificazione si verifica comunque ma riusciresti a superare l'orizzonte degli eventi.

"Se avessi scelta, vorresti cadere in un buco nero supermassiccio", ha spiegato Schnittman. “I buchi neri di massa stellare, che contengono fino a circa 30 masse solari, possiedono orizzonti degli eventi molto più piccoli e forze di marea più forti, che possono fare a pezzi gli oggetti in avvicinamento prima che raggiungano l’orizzonte”.

L’orizzonte degli eventi simulato si estende per circa 25 milioni di chilometri, ovvero circa il 17% della distanza dalla Terra al Sole. Una nuvola piatta e vorticosa di gas caldo e luminoso chiamata disco di accrescimento lo circonda e funge da riferimento visivo durante la caduta. Lo stesso vale per le strutture luminose chiamate anelli fotonici, che si formano più vicino al buco nero a causa della luce che lo ha orbitato una o più volte. Sullo sfondo del cielo stellato visto dalla Terra completa la scena.

Man mano che la telecamera si avvicina al buco nero, raggiungendo velocità sempre più vicine a quella della luce stessa, il bagliore del disco di accrescimento e delle stelle sullo sfondo viene amplificato più o meno allo stesso modo in cui il suono di un’auto da corsa in arrivo aumenta di tono. La loro luce appare più luminosa e bianca guardando nella direzione di marcia.

I filmati iniziano con la telecamera posizionata a quasi 400 milioni di miglia (640 milioni di chilometri) di distanza, con il buco nero che riempie rapidamente la vista. Lungo il percorso, il disco del buco nero, gli anelli fotonici e il cielo notturno diventano sempre più distorti e formano persino immagini multiple mentre la loro luce attraversa lo spazio-tempo sempre più deformato.

In tempo reale, la telecamera impiega circa 3 ore per cadere sull'orizzonte degli eventi, eseguendo lungo il percorso quasi due orbite complete di 30 minuti. ;a per chi osservasse da lontano, l'immagine della fotocamera rallenterebbe e poi sembrerebbe congelarsi appena prima di finire nella singolarità, un punto unidimensionale dove le leggi della fisica come le conosciamo cessano di funzionare.

"Una volta che la telecamera attraversa l'orizzonte, la sua distruzione per spaghettificazione è a soli 12,8 secondi di distanza", ha detto Schnittman. Da lì mancano solo 128.000 chilometri alla singolarità. Questa tappa finale del viaggio finisce in un batter d'occhio

Nel secondo scenario scenario, la telecamera orbita vicino all’orizzonte degli eventi ma non lo attraversa mai e fugge per mettersi in salvo. Se un astronauta volasse su una navicella spaziale in questo viaggio di andata e ritorno di 6 ore mentre i suoi colleghi su una nave madre rimanessero lontani dal buco nero, ritornerebbe 36 minuti più giovane dei suoi colleghi. Questo perché il tempo scorre più lentamente vicino a una forte fonte gravitazionale e quando ci si muove vicino alla velocità della luce.

“Questa situazione può essere ancora più estrema”, ha osservato Schnittman. “Se il buco nero ruotasse rapidamente, come quello mostrato nel film “Interstellar” del 2014, ritornerebbe molti anni più giovane dei suoi compagni di bordo”.