Haben Sie sich jemals gefragt, was passiert, wenn Sie in ein schwarzes Loch fallen? Dank einer neuen, immersiven Visualisierung, die auf einem NASA-Supercomputer erstellt wurde, können Betrachter nun in den Ereignishorizont eintauchen, den Punkt ohne Wiederkehr eines Schwarzen Lochs.
In dieser Visualisierung eines Flugs zu einem supermassiven schwarzen Loch werden viele der faszinierenden Merkmale, die durch die Auswirkungen der allgemeinen Relativitätstheorie auf dem Weg dorthin entstehen, durch Beschriftungen hervorgehoben. Die auf dem NASA-Supercomputer Discover erstellte Simulation verfolgt die Annäherung einer Kamera an ein monströses Schwarzes Loch, das dem im Zentrum unserer Galaxie sehr ähnlich ist, sowie ihre kurze Umkreisung und anschließende Durchquerung des Ereignishorizonts - des Punkts ohne Wiederkehr -. Credit: Goddard Space Flight Center der NASA/J. Schnittman und B. Powell
"Die Leute fragen oft danach, und die Simulation dieser schwer vorstellbaren Prozesse hilft mir, die Mathematik der Relativitätstheorie mit den tatsächlichen Konsequenzen im realen Universum zu verbinden", sagt Jeremy Schnittman, Astrophysiker am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, der die Visualisierungen erstellt hat. "
Ich habe also zwei verschiedene Szenarien simuliert: eines, bei dem eine Kamera - stellvertretend für einen waghalsigen Astronauten - den Ereignishorizont knapp verfehlt und wieder hinausgeschleudert wird, und eines, bei dem sie die Grenze überschreitet und ihr Schicksal besiegelt."
Die Visualisierungen sind in verschiedenen Formen verfügbar. Erklärvideos dienen als Sightseeing-Führer und beleuchten die bizarren Auswirkungen von
Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Versionen, die als 360-Grad-Videos
gerendert wurden, lassen den Betrachter während der Reise rundherum schauen, während andere als flache Himmelskarten abgespielt werden.
Zur Erstellung der Visualisierungen arbeitete Schnittman mit dem Goddard-Wissenschaftler Brian Powell zusammen und verwendete den
Supercomputer Discover im NASA-Zentrum für Klimasimulation. Das Projekt generierte etwa 10 Terabyte an Daten - das entspricht etwa der Hälfte des geschätzten Textinhalts der
Library of Congress - und dauerte etwa 5 Tage bei einer Auslastung von nur 0,3 % der 129.000 Prozessoren von Discover. Die gleiche Leistung würde auf einem normalen Laptop mehr als ein Jahrzehnt in Anspruch nehmen.
Das Ziel ist ein
supermassereiches schwarzes Loch mit der 4,3 Millionenfachen Masse unserer Sonne, was dem Monster im Zentrum unserer
Milchstraße entspricht.
"Wenn man die Wahl hat, möchte man in ein supermassereiches Schwarzes Loch fallen", erklärt Schnittman.
"Stellarmasse-Schwarze Löcher, die bis zu etwa 30 Sonnenmassen enthalten, besitzen viel kleinere Ereignishorizonte und stärkere Gezeitenkräfte, die herannahende Objekte zerreißen können, bevor sie den Horizont erreichen."
Dies geschieht, weil die Anziehungskraft am Ende eines Objekts, das dem Schwarzen Loch näher ist, viel stärker ist als am anderen Ende. Einfallende Objekte dehnen sich wie Nudeln aus, ein Prozess, den Astrophysiker
Spaghettifizierung nennen.
Der
Ereignishorizont des simulierten Schwarzen Lochs erstreckt sich über eine Entfernung von etwa 25 Millionen Kilometern (16 Millionen Meilen), was etwa 17 % der Entfernung von der Erde zur Sonne entspricht. Eine flache, wirbelnde Wolke aus heißem, glühendem Gas, die so genannte
Akkretionsscheibe, umgibt das Loch und dient als visuelle Referenz während des Falls. Das Gleiche gilt für leuchtende Strukturen, die
Photonenringe genannt werden und sich in der Nähe des Schwarzen Lochs aus Licht bilden, das es ein oder mehrere Male umkreist hat. Eine Kulisse des Sternenhimmels, wie er von der Erde aus gesehen wird, vervollständigt die Szene.
Besichtigen Sie eine alternative Visualisierung, die eine Kamera bei der Annäherung an ein supermassereiches schwarzes Loch, beim Herabfallen auf dieses, bei einer kurzen Umkreisung und beim Entkommen aus diesem verfolgt. Diese immersive 360-Grad-Version ermöglicht es dem Betrachter, sich während des Fluges umzusehen. Credit: Goddard Space Flight Center der NASA/J. Schnittman und B. Powell
In dieser Visualisierung eines Flugs zu einem supermassiven schwarzen Loch werden viele der faszinierenden Merkmale, die durch die Auswirkungen der allgemeinen Relativitätstheorie auf dem Weg dorthin entstehen, durch Beschriftungen hervorgehoben. Die auf Discover erstellte Simulation verfolgt die Annäherung einer Kamera an ein monströses Schwarzes Loch, das dem im
Zentrum unserer Galaxie sehr ähnlich ist, sowie ihre kurze Umkreisung und anschließende Durchquerung des Ereignishorizonts - des Punkts ohne Wiederkehr -. Credit: Goddard Space Flight Center der NASA/J. Schnittman und B. Powell
Wenn sich die Kamera dem Schwarzen Loch nähert und dabei Geschwindigkeiten erreicht, die immer näher an die des Lichts selbst heranreichen, wird das Leuchten der Akkretionsscheibe und der
Hintergrundsterne in ähnlicher Weise verstärkt, wie der Ton eines entgegenkommenden Rennwagens ansteigt. Ihr Licht erscheint heller und weißer, wenn man in die Fahrtrichtung blickt.
Die Filme beginnen mit der Kamera in einer Entfernung von fast 640 Millionen Kilometern (400 Millionen Meilen), wobei das Schwarze Loch schnell das Bild ausfüllt. Auf dem Weg dorthin werden die Scheibe des Schwarzen Lochs, die Photonenringe und der Nachthimmel zunehmend verzerrt - und bilden sogar mehrere Bilder, während ihr Licht die zunehmend verzerrte Raumzeit durchquert.
In Echtzeit benötigt die Kamera etwa 3 Stunden, um zum Ereignishorizont zu gelangen, wobei sie auf dem Weg fast zwei komplette 30-minütige Umläufe durchführt. Für einen Beobachter aus der Ferne würde sie jedoch nie ganz dort ankommen. Da die
Raumzeit in der Nähe des Horizonts immer stärker verzerrt wird, verlangsamt sich das Bild der Kamera und scheint dann kurz vor dem Horizont zu erstarren. Aus diesem Grund bezeichneten die Astronomen Schwarze Löcher ursprünglich als "gefrorene Sterne".
Am Ereignishorizont fließt sogar die Raumzeit selbst mit Lichtgeschwindigkeit, der kosmischen Geschwindigkeitsgrenze, nach innen. Sobald die Kamera den Ereignishorizont durchquert hat, rasen sowohl die Kamera als auch die Raumzeit, in der sie sich bewegt, auf das Zentrum des Schwarzen Lochs zu - einen eindimensionalen Punkt, der als
Singularität bezeichnet wird und an dem die physikalischen Gesetze, wie wir sie kennen, nicht mehr gelten.
"Sobald die Kamera den Horizont überquert, ist ihre Zerstörung durch Spaghettifizierung nur noch 12,8 Sekunden entfernt", so Schnittman. Von dort aus sind es nur noch 79.500 Meilen (128.000 Kilometer) bis zur Singularität. Diese letzte Etappe der Reise ist in einem Wimpernschlag vorbei.
Im alternativen Szenario kreist die Kamera in der Nähe des Ereignishorizonts, überquert ihn aber nicht und entkommt in Sicherheit. Würde eine Astronautin ein Raumschiff auf dieser 6-stündigen Rundreise fliegen, während ihre Kollegen auf einem Mutterschiff weit vom Schwarzen Loch entfernt blieben, würde sie 36 Minuten jünger als ihre Kollegen zurückkehren. Das liegt daran, dass die Zeit in der Nähe einer starken Gravitationsquelle und bei Bewegungen nahe der Lichtgeschwindigkeit langsamer vergeht.
"Diese Situation kann sogar noch extremer sein", so Schnittman.
"Wenn das Schwarze Loch schnell rotiert, wie in dem Film 'Interstellar' von 2014, würde es viele Jahre jünger zurückkehren als seine Schiffskameraden."
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By Francis Reddy
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
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claire.andreoli@nasa.gov
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
Übersetzung, ergänzende Links: Thomas Trueten
