Um astrofísico da NASA desenvolveu visualizações imersivas de um buraco negro usando um supercomputador. Essas visualizações ilustram dois cenários: escapar por pouco ou cruzar o horizonte de eventos. O projeto demonstra as intensas distorções físicas e visuais que ocorrem perto dos buracos negros, incluindo amplificação de luz e efeitos de dilatação do tempo, proporcionando uma representação vívida destes fenómenos cósmicos. Crédito: SciTechDaily.com
NASAé novo buraco negro as visualizações simulam os efeitos dramáticos de cruzar o horizonte de eventos, destacando as graves distorções no espaço-tempo e a eventual espaguetificação perto da singularidade.
Você já se perguntou o que acontece quando você cai em um buraco negro? Agora, graças a uma nova visualização imersiva produzida num supercomputador da NASA, os espectadores podem mergulhar no horizonte de eventos, o ponto sem retorno de um buraco negro.
A ciência por trás da visualização
“As pessoas perguntam frequentemente sobre isto, e simular estes processos difíceis de imaginar ajuda-me a ligar a matemática da relatividade às consequências reais no universo real”, disse Jeremy Schnittman, astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, que criou as visualizações. “Então, simulei dois cenários diferentes, um em que uma câmera – um substituto para um astronauta ousado – erra o horizonte de eventos e dispara de volta, e outro em que cruza a fronteira, selando seu destino.”
As visualizações estão disponíveis em vários formatos. Vídeos explicativos funcionam como guias turísticos, iluminando os efeitos bizarros da teoria geral da relatividade de Einstein. Versões renderizadas como vídeos em 360 graus permitem que os espectadores olhem ao redor durante a viagem, enquanto outras reproduzem mapas planos do céu.
Nesta visualização de um voo em direção a um buraco negro supermassivo, as legendas destacam muitas das características fascinantes produzidas pelos efeitos da relatividade geral ao longo do caminho. Produzida num supercomputador da NASA, a simulação rastreia uma câmara à medida que esta se aproxima, orbita brevemente e depois atravessa o horizonte de eventos – o ponto sem retorno – de um buraco negro monstruoso muito parecido com aquele que se encontra no centro da nossa galáxia. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA/J. Schnittman e B. Powell
Veja o vídeo do mergulho em 360º no YouTube
Detalhes Técnicos do Projeto
Para criar as visualizações, Schnittman se uniu ao colega cientista Goddard Brian Powell e usou o supercomputador Discover no Centro NASA para Simulação Climática. O projeto gerou cerca de 10 terabytes de dados – equivalente a cerca de metade do conteúdo de texto estimado na Biblioteca do Congresso – e levou cerca de 5 dias para ser executado em apenas 0,3% dos 129.000 processadores do Discover. A mesma façanha levaria mais de uma década em um laptop típico.
Características do Buraco Negro Simulado
O destino é um buraco negro supermassivo com 4,3 milhões de vezes a massa do nosso Sol, equivalente ao monstro localizado no centro do nosso via Láctea galáxia.
“Se você tiver escolha, você quer cair em um buraco negro supermassivo”, explicou Schnittman. “Os buracos negros de massa estelar, que contêm até cerca de 30 massas solares, possuem horizontes de eventos muito mais pequenos e forças de maré mais fortes, que podem destruir objetos que se aproximam antes de chegarem ao horizonte.”
Isto ocorre porque a atração gravitacional na extremidade de um objeto mais próximo do buraco negro é muito mais forte do que na outra extremidade. Os objetos que caem se esticam como macarrão, um processo que os astrofísicos chamam de espaguetificação.
Efeitos visuais e físicos perto de um buraco negro
O horizonte de eventos do buraco negro simulado abrange cerca de 16 milhões de milhas (25 milhões de quilômetros), ou cerca de 17% da distância da Terra ao Sol. Uma nuvem plana e rodopiante de gás quente e brilhante, chamada disco de acreção, envolve-o e serve como referência visual durante a queda. O mesmo acontece com as estruturas brilhantes chamadas fóton anéis, que se formam mais perto do buraco negro a partir da luz que o orbitou uma ou mais vezes. Um pano de fundo do céu estrelado visto da Terra completa a cena.
Passeie por uma visualização alternativa que rastreia uma câmera conforme ela se aproxima, cai, orbita brevemente e escapa de um buraco negro supermassivo. Esta versão envolvente de 360 graus permite que os espectadores olhem ao redor durante o voo. Crédito: Goddard Space Flight Center da NASA/J. Schnittman e B. Powell
Veja o explicador do sobrevoo no YouTube
À medida que a câmara se aproxima do buraco negro, atingindo velocidades cada vez mais próximas da própria luz, o brilho do disco de acreção e das estrelas de fundo torna-se amplificado da mesma forma que o som de um carro de corrida que se aproxima aumenta de intensidade. Sua luz parece mais brilhante e mais branca quando olhamos na direção do deslocamento.
A jornada para o horizonte de eventos
Os filmes começam com a câmera localizada a quase 400 milhões de milhas (640 milhões de quilômetros) de distância, com o buraco negro preenchendo rapidamente a visão. Ao longo do caminho, o disco do buraco negro, os anéis de fotões e o céu noturno tornam-se cada vez mais distorcidos – e até formam múltiplas imagens à medida que a sua luz atravessa o espaço-tempo cada vez mais distorcido.
Em tempo real, a câmera leva cerca de 3 horas para cair no horizonte de eventos, executando quase duas órbitas completas de 30 minutos ao longo do caminho. Mas para qualquer um que observasse de longe, nunca chegaria lá. À medida que o espaço-tempo se torna cada vez mais distorcido perto do horizonte, a imagem da câmera fica mais lenta e parece congelar um pouco antes. É por isso que os astrónomos originalmente se referiam aos buracos negros como “estrelas congeladas”.
Destino dentro do horizonte de eventos
No horizonte de eventos, até o próprio espaço-tempo flui para dentro à velocidade da luz, o limite da velocidade cósmica. Uma vez dentro dele, tanto a câmera quanto o espaço-tempo em que ela se move correm em direção ao centro do buraco negro – um ponto unidimensional chamado singularidade, onde as leis da física como as conhecemos deixam de operar.
“Assim que a câmera cruza o horizonte, sua destruição por espaguetificação ocorre em apenas 12,8 segundos”, disse Schnittman. A partir daí, são apenas 79.500 milhas (128.000 quilômetros) até a singularidade. Esta etapa final da viagem termina num piscar de olhos.
Implicações teóricas da dilatação do tempo
No cenário alternativo, a câmera orbita perto do horizonte de eventos, mas nunca o atravessa e escapa em segurança. Se um astronauta voasse numa nave espacial nesta viagem de ida e volta de 6 horas enquanto os seus colegas numa nave-mãe permanecessem longe do buraco negro, ela regressaria 36 minutos mais jovem que os seus colegas. Isso ocorre porque o tempo passa mais lentamente perto de uma fonte gravitacional forte e quando se move próximo à velocidade da luz.
“Esta situação pode ser ainda mais extrema”, observou Schnittman. “Se o buraco negro girasse rapidamente, como aquele mostrado no filme ‘Interestelar’ de 2014, ele retornaria muitos anos mais jovem que seus companheiros.”
