Nowa animacja od NASA pokazuje taniec dwóch czarnych dziur

Gdy jedna czarna dziura zbliży się do drugiej, to pole grawitacyjne tej przechodzącej „z przodu” transformuje koleżankę będącą „z tyłu”. Te zaburzenia widoczne są pod postacią zmian w emitowanym przez dyski promieniowaniu (materiał w dysku rozgrzewa się na skutek tarcia). Wizualizacje, jak tutaj pokazana mają pomagać naukowcom wyobrazić sobie zjawiska rodem z gabinetu krzywych luster w lunaparku. Stworzenie tej animacji zajęłoby zwykłemu komputerowi osobistemu około dekady, przekonuje NASA. Gdy wykorzystano 2 proc. mocy obliczeniowej superkomputera Discover z Centrum Symulacji Klimatycznych, obliczenia potrwały dobę.

- Obserwujemy tutaj układ binarny z własnymi dyskami akrecyjnymi zdolnymi utrzymać się w tym stanie przez miliony lat. Większa z dziur ma ok. 200 mln mas solarnych, druga jest połowę mniejsza – wyjaśnia Jeremy Schnittman, astrofizyk pracujący w należącym do NASA centrum lotów kosmicznych w Greenbelt w stanie Maryland. Barwy niebieska i czerwona dysków mają pomóc rozróżnić oglądającemu wpływanie dziur na siebie. Z drugiej strony, wyjaśnia NASA, wybór tych kolorów jest odbiciem rzeczywistości. Gaz o wyższej temperaturze emituje w częstotliwości bliższej niebieskiej części spektrum światła widzialnego.

Materiał orbitujący wokół mniejszej z dziur doświadcza dużo silniejszych wpływów grawitacyjnych, na skutek czego mocniej się ogrzewa. NASA zwraca uwagę, że przy tak ogromnych masach czarnych dziur oba dyski akrecyjne i tak „emitowałyby większość promieniowania w spektrum światła ultrafioletowego”, gdzie niebieski dysk miałby nieco wyższą temperaturę. Przyśpieszony przepływ gazu w pobliżu czarnej dziury modyfikuje jasność dysku zgodnie z tzw. relatywistycznym efektem Dopplera. Rozjaśniona jest strona skierowana w stronę widza, skierowana w przeciwną stronę – ciemniejsza.

Animacja przedstawia też ciekawe zjawisko zwane relatywistyczną aberracją światła, które sprawia, że czarna dziura zdaje się zmniejszać przybliżając do obserwatora i rosnąć, gdy się oddala. Oba efekty znikają, gdy patrzeć na ten układ binarny z góry (a nie z poziomu płaszczyzny orbity).

Zmiana widoku powoduje jednocześnie pojawienie się nowego efektu wizualnego. Każda z czarnych dziur tworzy niejako miniaturowy obraz koleżanki (zdjęcie powyżej), który zdaje się okrążać je po orbicie. To konsekwencja odbicia się światła pod kątem 90 stopni. W konsekwencji obserwator patrzy na czarne dziury jednocześnie z dwóch różnych perspektyw – pod kątem i na wprost.