Vi siete mai chiesti cosa succede quando cadete in un buco nero? Ora, grazie a una nuova visualizzazione immersiva prodotta da un supercomputer della NASA, gli spettatori possono spingersi oltre l’orizzonte degli eventi, il punto di non ritorno di un buco nero.
“La gente se lo chiede spesso e la simulazione di questi processi difficili da immaginare mi aiuta a collegare la matematica della relatività alle conseguenze effettive nell’universo reale”, ha dichiarato Jeremy Schnittman, astrofisico presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, che ha creato le visualizzazioni. “Ho quindi simulato due scenari diversi: uno in cui una telecamera – una controfigura di un audace astronauta – manca di poco l’orizzonte degli eventi e si fionda fuori, e uno in cui attraversa il confine, segnando il suo destino”.
Le visualizzazioni sono disponibili in diverse forme. I video esplicativi fungono da guide turistiche, illuminando gli effetti bizzarri della teoria generale della relatività di Einstein. Le versioni renderizzate come video a 360 gradi permettono agli spettatori di guardarsi intorno durante il viaggio, mentre altre si presentano come mappe piatte di tutto il cielo.
Per creare le visualizzazioni, Schnittman ha collaborato con il collega Brian Powell, scienziato del Goddard, e ha utilizzato il supercomputer Discover del Centro di simulazione climatica della NASA. Il progetto ha generato circa 10 terabyte di dati, pari a circa la metà del contenuto testuale stimato della Biblioteca del Congresso. e ha richiesto circa 5 giorni di elaborazione con appena lo 0,3% dei 129 000 processori di Discover. La stessa impresa richiederebbe più di un decennio su un normale computer portatile.
La destinazione è un buco nero supermassiccio con una massa pari a 4,3 milioni di volte quella del nostro Sole, equivalente al mostro che si trova al centro della nostra galassia Via Lattea.
“Se si può scegliere, è meglio 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 mareali più forti, che possono fare a pezzi gli oggetti in avvicinamento prima che raggiungano l’orizzonte”.
Questo accade perché l’attrazione gravitazionale sull’estremità di un oggetto più vicina al buco nero è molto più forte di quella sull’altra estremità. Gli oggetti in arrivo si allungano come spaghetti, un processo che gli astrofisici chiamano spaghettificazione.
L’orizzonte degli eventi del buco nero simulato si estende per circa 25 milioni di chilometri, ovvero circa il 17% della distanza Terra-Sole. Una nube piatta e vorticosa di gas caldo e incandescente, chiamata disco di accrescimento, lo circonda e funge da riferimento visivo durante la caduta. Lo stesso vale per le strutture luminose chiamate anelli di fotoni, che si formano più vicino al buco nero grazie alla luce che vi ha orbitato una o più volte. Lo 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 quelle della luce stessa, il bagliore del disco di accrescimento e delle stelle di fondo si amplifica, proprio come il suono di un’auto in corsa aumenta di tono. La loro luce appare più brillante e più bianca quando si guarda nella direzione di marcia.
I filmati iniziano con la telecamera situata a circa 640 milioni di chilometri di distanza, mentre il buco nero riempie rapidamente la visuale. Lungo il percorso, il disco del buco nero, gli anelli di fotoni e il cielo notturno diventano sempre più distorti, fino a formare immagini multiple mentre la loro luce attraversa lo spazio-tempo sempre più deformato.
In tempo reale, la fotocamera impiega circa 3 ore per raggiungere l’orizzonte degli eventi, compiendo quasi due orbite complete di 30 minuti lungo il percorso. Ma per chi osserva da lontano, non arriva mai a destinazione. Man mano che lo spazio-tempo si distorce sempre più vicino all’orizzonte, l’immagine della fotocamera rallenta e poi sembra bloccarsi appena prima di esso. Per questo motivo gli astronomi si riferivano originariamente ai buchi neri come a “stelle congelate”.
All’orizzonte degli eventi, anche lo spazio-tempo stesso fluisce verso l’interno alla velocità della luce, il limite di velocità cosmico. Una volta al suo interno, sia la fotocamera che lo spazio-tempo in cui si muove si precipitano verso il centro del buco nero – un punto unidimensionale chiamato singolarità, dove le leggi della fisica come le conosciamo cessano di funzionare.
“Una volta che la fotocamera 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. L’ultima tappa del viaggio si conclude in un batter d’occhio.
Nello scenario alternativo, la telecamera orbita vicino all’orizzonte degli eventi ma non lo attraversa mai e fugge verso la salvezza. Se un’astronauta pilotasse una navicella spaziale in questo viaggio di andata e ritorno di 6 ore mentre i suoi colleghi su una nave madre rimangono lontani dal buco nero, tornerebbe 36 minuti più giovane dei suoi colleghi. Questo perché il tempo passa più lentamente in prossimità di una forte fonte gravitazionale e quando ci si muove vicino alla velocità della luce.
“La situazione può essere ancora più estrema”, ha osservato Schnittman. “Se il buco nero fosse in rapida rotazione, come quello mostrato nel film del 2014 ‘Interstellar’, tornerebbe molti anni più giovane dei suoi compagni di viaggio”.
Scarica video e immagini ad alta risoluzione dallo Scientific Visualization Studio della NASA.
Articolo originale: https://science.nasa.gov/supermassive-black-holes/new-nasa-black-hole-visualization-takes-viewers-beyond-the-brink/