(Goddard Space Flight Center der NASA/Jeremy Schnittman und Brian P. Powell) Obwohl es äußerst schwierig ist, sich das direkt vorzustellen Schatten und der Raum um ein Schwarzes Loch , das ist nicht das einzige Werkzeug, das Astronomen in ihrer Ausrüstung haben.
Basierend auf jahrelangen Beobachtungen und Analysen gibt es eine jahrzehntelange Tradition schwarzes Loch Visualisierungen, die bis zurück zur Arbeit von reichen Der französische Astronom Jean-Pierre Luminet in den 1970er Jahren .
Faszinierenderweise kamen die Simulationen dem, was wir gesehen haben, sehr nahe, als ein riesiges internationales Team von Wissenschaftlern schließlich einen gefangen hat direktes Bild eines supermassereichen Schwarzen Lochs , der mittlerweile berühmte M87*. Wir wissen also, dass unsere Vorhersagen traditionell sehr genau waren.
Aufgrund der intensiven Gravitationsfelder geht es richtig heftig zu. Licht wird gebogen und seine Intensität ändert sich, je nachdem, in welche Richtung es sich bewegt. Was passiert also, wenn es nicht eins, sondern zwei gibt? Schwarze Löcher in einer gegenseitigen Umlaufbahn eingeschlossen, jede mit ihrer eigenen Schwerkraft und jede umkreist von ihrer eigenen leuchtenden Akkretionsscheibe aus Staub und Gas?
Nun, es könnte ein bisschen wie die neueste, extrem seltsame Visualisierung eines Schwarzen Lochs der NASA aussehen.
Aufbauend auf seinem frühere Arbeit eines simulierten Schwarzen Lochs und seiner Akkretionsscheibe Der Astrophysiker Jeremy Schnittman vom Goddard Space Flight Center der NASA warf zwei Schwarze Löcher zusammen, um zu sehen, was passieren würde.
„Wir sehen zwei supermassive Schwarze Löcher, ein größeres mit 200 Millionen Sonnenmassen und einen kleineren Begleiter, der halb so viel wiegt.“ er erklärte .
„Dies sind die Arten von Schwarzloch-Binärsystemen, bei denen unserer Meinung nach beide Mitglieder Akkretionsscheiben unterhalten könnten, die Millionen von Jahren überdauern.“
Die Simulation beginnt so, als würde man von oben nach unten blicken, während die beiden supermassiven Schwarzen Löcher einander umkreisen. In der Mitte befindet sich jeweils der Schatten des Schwarzen Lochs, umgeben von einer breiten Akkretionsscheibe.
Der dünne Ring zwischen der Innenkante der Akkretionsscheibe und dem Schatten des Schwarzen Lochs wird als „Schwarzes Loch“ bezeichnet Photonenring , wo die Schwerkraft so stark ist, dass Photonen in einer stabilen Umlaufbahn um das Schwarze Loch gefangen sind. Wenn diese Photonen dem Schwarzen Loch noch näher kommen würden, würden sie über den Ereignishorizont hinausfallen, wo wir sie nicht sehen können.
Während die Simulation weitergeht, wandert die Perspektive des Betrachters nach unten zur Orbitalebene der beiden Schwarzen Löcher.
Auf den ersten Blick sieht die Simulation sehr ähnlich aus andere Simulationen, die Sie vielleicht gesehen haben , wobei das Licht der Scheibe an der Rückseite gebogen ist, um einen Halo zu bilden, und das Licht vor dem Schatten des Schwarzen Lochs heller wird, wenn es sich auf den Betrachter zubewegt, und schwächer wird, wenn es sich wegbewegt. Dies ist als relativistisches Strahlen bekannt und wird durch den Doppler-Effekt verursacht, bei dem es sich um die Art und Weise handelt, wie sich Wellen (in diesem Fall Lichtwellen) offenbar abhängig von ihrer Ausbreitungsrichtung ändern.
Dann wird es sehr seltsam, ganz schnell.
Schnittman hat zwei verschiedene Farben verwendet, um die beiden Schwarzen Löcher darzustellen, weil sie dadurch leichter zu unterscheiden sind, da sich die Gravitationsfelder biegen und verzerren, wodurch das Licht komplexe gekrümmte Pfade zurücklegt, die mit einem leistungsstarken Supercomputer berechnet wurden. Das Licht jedes Schwarzen Lochs wird noch stärker verzerrt, da es durch die Schwerkraft seines binären Begleiters beeinflusst wird.
Dann bewegt sich die Ansicht von oben nach unten mit einer vergrößerten Ansicht – wobei die Bewegung um den Photonenring eines Schwarzen Lochs die Seitenansicht seines Begleiters darstellt. Dies liegt daran, dass das Licht um 90 Grad gebogen wird, was bedeutet, dass wir gleichzeitig von oben nach unten und verzerrt seitliche Ansichten jedes Schwarzen Lochs erhalten.
„Ein auffälliger Aspekt dieser neuen Visualisierung ist die Selbstähnlichkeit der durch Gravitationslinsen erzeugten Bilder.“ sagte Schnittman . „Wenn man in jedes Schwarze Loch hineinzoomt, werden mehrere, zunehmend verzerrte Bilder seines Partners sichtbar.“
Der Gravitationslinseneffekt ist in der Tat ein nützliches Werkzeug, um in die tieferen Regionen des Weltraums zu sehen, da er das weiter entfernte Objekt vergrößert und oft dupliziert. Auch Galaxien und Galaxienhaufen können es sein Gravitationslinsen , obwohl die Linsenobjekte nicht ganz so biegsam und seltsam erscheinen wie die Bilder, die von zwei aktiven supermassereichen Schwarzen Löchern erzeugt werden.
Die direkte Abbildung eines Schwarzen Lochs ist eine Menge Arbeit, und binäre supermassereiche Schwarze Löcher sind selten, daher ist es unwahrscheinlich, dass wir in naher Zukunft die reale Version von Schnittmans Visualisierung sehen werden – aber Simulationen wie diese können uns helfen, die Physik des Schwarzen Lochs zu verstehen Extreme Umgebungen rund um supermassereiche Schwarze Löcher, damit wir die Beobachtungen, die wir machen können, besser analysieren können.
Außerdem sehen sie einfach richtig toll aus.