新的黑洞可视化让观众超越了黑洞的边缘

有没有想过当你掉进黑洞时会发生什么?现在，借助美国宇航局超级计算机产生的全新沉浸式可视化效果，观众可以进入事件视界，即黑洞的不归点。

“人们经常问这个问题，模拟这些难以想象的过程帮助我将相对论的数学与真实宇宙中的实际后果联系起来，”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家杰里米·施尼特曼说。创建了可视化。“所以我模拟了两种不同的场景，一种是相机——勇敢的宇航员的替身——错过了事件视界并弹弓返回，另一种是它跨越了边界，决定了它的命运。”

可视化有多种形式。讲解视频充当观光指南，阐明爱因斯坦广义相对论的奇异效果。渲染为360度视频的版本可以让观众在旅途中环顾四周，而其他版本则播放为平面全天空地图。

为了创建可视化效果，施尼特曼与戈达德科学家同事布莱恩·鲍威尔合作，并使用了美国宇航局气候模拟中心的“发现”超级计算机。该项目生成了大约10TB的数据，大约相当于美国国会图书馆估计文本内容的一半，并且在Discover129,000个处理器中仅0.3%的处理器上运行了大约5天。在典型的笔记本电脑上完成同样的任务需要十多年的时间。

目的地是一个质量为太阳430万倍的超大质量黑洞，相当于位于我们银河系中心的怪物。

“如果你有选择，你会想掉进超大质量黑洞，”施尼特曼解释道。“恒星质量黑洞的质量约为30个太阳质量，拥有更小的事件视界和更强的潮汐力，可以在接近的物体到达视界之前将其撕裂。”

发生这种情况是因为靠近黑洞的物体一端的引力比另一端的引力强得多。坠落的物体像面条一样伸展，天体物理学家将这一过程称为“面条化”。

模拟黑洞的事件视界横跨约1600万英里(2500万公里)，即地球到太阳距离的约17%。一团扁平的、旋转的炽热发光气体云围绕着它，称为吸积盘，在秋天期间充当视觉参考。被称为光子环的发光结构也是如此，它是由绕黑洞运行一次或多次的光形成的，离黑洞更近。从地球上看到的星空背景使整个场景更加完整。

当摄像机接近黑洞，速度越来越接近光速时，吸积盘和背景恒星发出的光芒就会被放大，就像迎面而来的赛车的声音越来越高一样。当观察行进方向时，它们的光显得更亮、更白。

电影开始时，摄像机位于近4亿英里(6.4亿公里)外，黑洞很快充满了视野。一路上，黑洞的圆盘、光子环和夜空变得越来越扭曲——甚至当它们的光线穿过越来越扭曲的时空时形成多个图像。

实际上，相机大约需要3小时才能落入事件视界，沿途执行几乎两次完整的30分钟轨道。但对于任何从远处观察的人来说，它永远不会到达那里。随着接近地平线的时空变得越来越扭曲，相机的图像会变慢，然后似乎在接近地平线的地方冻结。这就是为什么天文学家最初将黑洞称为“冻结的恒星”。

在事件视界，甚至时空本身也以光速(宇宙速度极限)向内流动。一旦进入黑洞，相机和它移动的时空都会冲向黑洞的中心——一个称为奇点的一维点，我们所知道的物理定律在那里停止运作。

“一旦摄像机穿过地平线，只需12.8秒，它就会被意大利面条化摧毁，”施尼特曼说。从那里到奇点只有79,500英里(128,000公里)。转眼间，这最后一段航程就结束了。

在另一种情况下，摄像机的轨道靠近事件视界，但它永远不会越过事件视界并逃逸到安全的地方。如果一名宇航员驾驶宇宙飞船进行这次6小时的往返旅行，而她在母船上的同事仍然远离黑洞，那么她返回的时间将比她的同事早36分钟。这是因为在强引力源附近以及以接近光速移动时，时间过得更慢。

“这种情况可能更加极端，”施尼特曼指出。“如果黑洞像2014年电影《星际穿越》中那样快速旋转，那么她返回时会比她的船友年轻很多岁。”