تصویر روز ناسا: شبیه‌سازی خمیدگی فضا-زمان در اطراف سیاه‌چاله‌ دوتایی

اگر 2 سیاه‌چاله کلان‌جرم به دور هم بچرخند، فضای اطراف آنها چه شکلی به خود می‌گیرد؟ شبیه‌سازی رایانه‌ای پیچیده‌ای به کمک ما آمده تا تصویری ذهنی از این سناریوی کیهانی بسازد؛ جایی که نور در اثر گرانش شدید مسیرهای عجیبی را طی می‌کند. تصویر روز ناسا ویدیویی شبیه‌سازی‌شده از برهم‌کنش 2 ابرسیاه‌چاله را به نمایش گذاشته است.

در تصویر روز ناسا چه می‌بینیم؟

در این تصویرسازی رایانه‌ای دقیق، مسیر پرتوهای نوری که از دیسک‌های برافزایشی اطراف سیاه‌چاله دوتایی ابرپرجرم ساطع می‌شوند، هنگام عبور از فضای خمیده و پرآشوب اطراف این اجرام، بازسازی شده است. این خمیدگی شدید در ساختار فضا-زمان نتیجه گرانش عظیم 2 سیاه‌چاله است که دور یکدیگر می‌چرخند.

در این شبیه‌سازی، برای تمایز بهتر دیسک برافزایشی اطراف سیاه‌چاله بزرگ‌تر با جرم ۲۰۰ میلیون برابر خورشید با رنگ قرمز و دیسک برافزایشی اطراف سیاه‌چاله کوچک‌تر با جرم ۱۰۰ میلیون برابر خورشید با رنگ آبی نشان داده شده است. البته نور تابیده‌شده از دیسک‌ها عمدتاً در ناحیه فرابنفش طیف الکترومغناطیسی قرار دارد اما برای نمایش بصری بهتر، اینجا از رنگ‌های کاذب استفاده شده است.

در این ویدیو هم‌زمان، هر 2 طرف هر سیاه‌چاله را می‌بینیم. در واقعیت اما فقط به‌واسطه خمیدگی شدید نور و ساختار عجیب «کره فوتونی» سیاه‌چاله‌ها می‌توان به وجود آنها پی برد.

کره فوتونی یا «فوتون‌کره»، ناحیه‌ای نزدیک افق رویداد سیاه‌چاله است که در آن به‌دلیل گرانش قوی، فوتون‌های ساطع‌شده در مداری دایره‌ای‌شکل به دام می‌افتند. در این شبیه‌سازی، نورهای قرمز و آبی هر 2 سیاه‌چاله در این حلقه درخشان و مرموز دیده می‌شوند.

در دهه گذشته، دانشمندان توانسته‌اند با استفاده از آشکارسازهایی مانند LIGO و Virgo، امواج گرانشی ناشی از برخورد سیاه‌چاله‌ها را ثبت کنند اما هنوز هیچ نشانه‌ای از ادغام سیاه‌چاله‌های کلان‌جرم شناسایی نشده است. این شبیه‌سازی به دانشمندان در درک بهتر دینامیک نوری و خمیدگی فضا-زمان اطراف چنین جفت‌های عظیمی کمک می‌کند.