Studio für wissenschaftliche Visualisierungen NASA veröffentlichte ein Video, das zeigt, wie ein System aus zwei Schwarzen Löchern von der Seite aussehen würde. Solche beeindruckenden Videos werden nicht nur zu Bildungszwecken erstellt, sie sind auch wichtig für das Verständnis der von Wissenschaftlern beobachteten astronomischen Phänomene.
Die Simulation wurde auf der Website der Agentur veröffentlicht, sie zeigt die Erstellung des Modells und seine Berechnungen auf dem Discover-Supercomputer des Zentrums für Klimasimulationen NASA. Um alle notwendigen Berechnungen durchzuführen, dauerte es fast einen ganzen Tag und mehr als 2,5 Tausend Prozessorkerne. Eine solche Visualisierung würde 10 Jahre Betrieb eines gewöhnlichen leistungsstarken PCs dauern.
Das folgende Video zeigt das Ergebnis der Berechnung der Pfade von Photonen, die von Akkretionsscheiben emittiert werden Schwarze Löcher, die eine verzerrte Raumzeit durchqueren. Die Gesamtmasse dieser astronomischen Objekte beträgt 300 Millionen unserer Sonnen. Ein Schwarzes Loch mit einer orangefarbenen Akkretionsscheibe ist doppelt so massereich wie ein anderes mit einer blauen.
Interessanterweise sind die Farben nicht nur der Übersichtlichkeit halber gewählt. Obwohl sie hypertrophiert sind, spiegeln sie den tatsächlichen Temperaturunterschied der Materie wider, die auf ein Schwarzes Loch fällt. Im Video können Sie sofort mehrere Effekte erkennen, die von der Relativitätstheorie vorhergesagt werden. Der offensichtlichste ist der Gravitationslinseneffekt. Dies ist ein optisches Phänomen, das durch sogenannte Ringe oder ausgedrückt wird Einsteins Bögen, sieht aus wie mehrere konzentrische bogenförmige oder kreisförmige Verzerrungen und Rereflexionen von Objekten. Sie entstehen, wenn Licht in der Nähe eines massiven Körpers vorbeigeht. Seine Schwerkraft verzerrt die Raumzeit so sehr, dass Photonen ihre Flugbahn ändern, als ob sie in einer Linse wären.
Dank Gravitationslinsen von der Erde aus können Sie Objekte so weit entfernt sehen, dass ihr Licht sonst niemals unseren Planeten erreichen würde. Aber es gibt auch die Kehrseite der Medaille – in den meisten Fällen sind massereiche Objekte wie Schwarze Löcher nicht allein im All, und für Wissenschaftler interessante Himmelskörper befinden sich nicht direkt dahinter, sondern in unterschiedlichen Winkeln relativ zur Erde. Aus diesem Grund sind die Ringe und Bögen am Himmel in der Realität bei weitem nicht so sauber wie in den einfachsten Simulationen – Bilder von fernen Galaxien sind voller Verzerrungen und mehrfacher Rückreflexionen von Sternen.
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Um reale Objekte von optischen Effekten zu unterscheiden, sind Visualisierungen erforderlich. Sie helfen zu verstehen, wie Licht an verschiedenen Stellen massiver Objekte gebogen wird. Und natürlich ist es genauer, wissenschaftliche Daten zu interpretieren, die von Teleskopen gewonnen wurden.
Ein weiterer interessanter optischer Effekt im Video ist die relativistische Aberration: Schwarze Löcher erscheinen kleiner, wenn sie näher am Beobachter sind. Von der Seite betrachtet, also von der Rotationsebene der Schwarzen Löcher aus gesehen, sieht eine Kante der Akkretionsscheibe heller aus als die andere. Dies wird erklärt Doppler-Verstärkung, was dazu führt, dass die sich auf den Betrachter zubewegende Strahlungsquelle heller erscheint als die sich von ihm entfernende.
Insgesamt ist das Video der NASA nicht nur schön, sondern voller interessanter Details. Ein aufmerksamer Betrachter kann mehrere weitere interessante Elemente bemerken, die die ganze Schönheit der umgebenden Welt demonstrieren. Glücklicherweise müssen wir Schwarzen Löchern nicht selbst nahe kommen, um uns an ihnen zu erfreuen.
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