تا به حال به این فکر کرده اید که وقتی در یک سیاهچاله سقوط می کنید چه اتفاقی می افتد؟
ناسا یک شبیه‌سازی جدید و گسترده از سیاهچاله‌ای عظیم تولید کرده است که به بینندگان اجازه میدهد به درون افق رویداد آن فرو روند. این شبیه‌سازی، بر روی ابررایانه ناسا ایجاد شده و ویژگی‌های متعدد سیاهچاله را با استفاده از نظریه نسبیت عمومی به تصویر می‌کشد. شبیه‌سازی‌ها در قالب‌های مختلف از جمله ویدئوهای ۳۶۰ درجه در دسترس هستند. این پروژه که توسط دانشمندان ناسا ایجاد شده، داده‌های بسیاری را تولید کرده و به مخاطبان اجازه میدهد تا درک ملموس تری از سیاهچاله‌ها داشته باشند.
جرمی اشنتمن، یک اخترفیزیکدان در مرکز پرواز فضایی گادِرد (Goddard Space Flight Center) ناسا می گوید : مردم اغلب در مورد این موضوع سوال می‌پرسند و شبیه‌سازی این فرآیندهای دشوار به من کمک میکند ریاضیات نسبیت را به نتایج واقعی در جهان متصل کنم. من دو سناریو مختلف را شبیه‌سازی کردم، یکی جایی که یک دوربین – به جای یک فضانورد شجاع – فقط افق رویداد را رد میکند و برمی‌گردد، و یکی دیگر که از مرز افق رویداد را عبور میکند و سرنوشت خود را رقم می‌زند.
شبیه‌سازی‌ها در اشکال مختلف در دسترس هستند. ویدئوهای توضیحی مانند راهنماهای گردشگری عمل می‌کنند و اثرات عجیب نظریه نسبیت عام اینشتین را برای درک بهتر روشن تر می‌کنند. نسخه‌های ۳۶۰ درجه به بینندگان اجازه می‌دهند در طول سفر به اطراف نگاه کنند، در حالی که برای دیگران این مسئله به صورت نقشه‌های مسطح آسمان دیده می‌شود.
برای ایجاد این شبیه‌سازی‌ها، اشنتمن با همکار خود برایان پاول از گادِرد همکاری میکند و از ابررایانه دیسکاور در مرکز شبیه‌سازی اقلیم ناسا استفاده میکند. این پروژه حدود ۱۰ ترابایت داده تولید کرده و حدود ۵ روز طول کشید تا با استفاده از 0.3٪ از ۱۲۹،۰۰۰ پردازنده‌های دیسکاور به پایان برسد. همان کار با یک لپ‌تاپ معمولی بیش از یک دهه طول میتوانست طول بکشد.
مقصد ما یک سیاهچاله فوق‌العاده عظیم با جرم 4.3 میلیون برابر جرم خورشید ما است، معادل سیاهچاله‌ای که در مرکز کهکشان راه شیری ما قرار دارد.
اشنتمن توضیح میدهد که اگر می‌خواهید به یک سیاهچاله فوق‌العاده عظیم سقوط کنید، به عنوان مثال سیاهچاله‌هایی با جرم ستاره‌ای، که تا حدود ۳۰ برابر جرم خورشید هستند، افق رویداد بسیار کوچکتر و نیروهای کشندی قوی‌تری دارند که می‌توانند اشیای نزدیک را قبل از رسیدن به افق رویداد پاره کنند.
این به این دلیل است که کشش گرانشی در انتهای نزدیک‌تر یک جسم به سیاهچاله بسیار قوی‌تر از انتهای دیگر آن است. اشیاء در حال سقوط مانند نودل کشیده می‌شوند، فرآیندی که اخترفیزیکدانان آن را اسپاجتیفیکیشن می‌نامند.
افق رویداد سیاهچاله شبیه‌سازی شده حدود ۱۶ میلیون مایل (۲۵ میلیون کیلومتر) را پوشش میدهد، یا حدود ۱۷٪ فاصله از زمین تا خورشید و یک ابر مسطح و چرخان از گاز داغ و درخشان به نام دیسک برافزایشی آن را احاطه کرده و به عنوان یک مرجع بصری در طول سقوط عمل میکند. همچنین ساختارهای درخشانی به نام حلقه‌های فوتونی وجود دارند که نزدیک‌تر به سیاهچاله تشکیل می‌شوند از نوری که یک یا چند بار به دور آن چرخیده است و در نهایت یک پس‌زمینه از آسمان پرستاره صحنه دید را کاملتر میکند.
همانطور که دوربین به سیاهچاله نزدیک می‌شود و به سرعت نور می‌رسد، درخشندگی دیسک افزایشی و ستارگان پس‌زمینه تقویت می‌شود، شبیه به افزایش صدای یک ماشین مسابقه. نور آنها در جهت حرکت روشن‌تر و سفیدتر دیده می‌شود.
فیلم‌ها با دوربینی که تقریباً ۴۰۰ میلیون مایل (۶۴۰ میلیون کیلومتر) فاصله دارد، آغاز می‌شوند و سیاهچاله به سرعت میدان دید را پر میکند. در طول مسیر، دیسک سیاهچاله، حلقه‌های فوتونی و آسمان شب به طور فزاینده‌ای تحریف می‌شوند و حتی تصاویر متعدد تشکیل می‌دهند زیرا نور آنها از فضای زمان پیچیده‌تر عبور میکند.
در زمان واقعی، دوربین حدود ۳ ساعت طول می‌کشد تا به افق رویداد سقوط کند و تقریباً دو مدار کامل ۳۰ دقیقه‌ای را در طول مسیر اجرا کند. اما برای هر کسی که از دور مشاهده میکند، هرگز کاملاً به آنجا نخواهد رسید. همانطور که فضا-زمان نزدیک به افق بیشتر تحریف می‌شود، تصویر دوربین کند می‌شود و سپس به نظر می‌رسد دقیقاً در نزدیکی آن منجمد شود. به همین دلیل اخترشناسان در اولین بار به سیاهچاله‌ها به عنوان “ستاره‌های منجمد” اشاره کرده اند.
در افق رویداد، حتی خود فضا-زمان نیز با سرعت نور، حداکثر سرعت کیهانی، به داخل جریان می‌یابد. هنگامی که داخل آن قرار می‌گیرد، هم دوربین و هم فضا-زمانی که در آن حرکت میکند به سمت مرکز سیاهچاله که یک نقطه یک بعدی به نام تکینگی است، می‌شتابند، جایی که قوانین فیزیک همانطور که ما می‌دانیم متوقف می‌شوند.
اشنتمن گفت: “وقتی دوربین از افق عبور میکند، تنها ۱۲.۸ ثانیه تا نابودی توسط اسپاجتیفیکیشن فاصله دارد.” از آنجا، تنها ۷۹۵۰۰ مایل (۱۲۸۰۰۰ کیلومتر) تا تکینگی فاصله است و این مرحله نهایی سفر در یک چشم به هم زدن به پایان می‌رسد.
در سناریوی جایگزین، دوربین نزدیک به افق رویداد می‌چرخد اما هرگز عبور نمی‌کند و به نقطه ی امنیت می‌رسد. اگر یک فضانورد یک سفینه فضایی را در این سفر ۶ ساعته هدایت کند در حالی که همکارانش در یک سفینه مادر دور از سیاهچاله باقی بمانند، او ۳۶ دقیقه جوانتر از همکارانش بازمی‌گردد. این به این دلیل است که زمان نزدیک به یک منبع گرانشی قوی و هنگام حرکت نزدیک به سرعت نور، کندتر می‌گذرد.
اشنتمن اشاره کرد: ” این وضعیت می‌تواند حتی شدیدتر باشد. اگر سیاهچاله به سرعت در حال چرخش باشد، مانند آنچه در فیلم “میان‌ستاره‌ای” ۲۰۱۴ نشان داده شده است، او سال‌ها جوانتر از همکارانش بازخواهد گشت.”
مترجم : آیدا صفری
منبع : science.nasa.gov
