Un supercomputer della NASA ha prodotto una nuova visualizzazione immersiva che permette di scrutare l’orizzonte degli eventi, il punto di non ritorno di un buco nero.
“Le persone spesso chiedono questo, e simulare questi processi difficili da immaginare mi aiuta a collegare la matematica della relatività alle conseguenze del mondo reale nell’universo reale”, ha detto in una dichiarazione Jeremy Schnittman, un astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA. NASA, che ha creato le visualizzazioni. “Così ho simulato due diversi scenari, uno in cui una telecamera, surrogato di un audace astronauta, semplicemente manca l’orizzonte degli eventi e viene espulsa (), e un altro in che oltrepassa il limite (), segnando il suo destino.”
Le visualizzazioni sono disponibili in più forme. I video esplicativi fungono da guide turistiche, illuminando gli strani effetti della teoria generale della relatività di Einstein. Le versioni renderizzate come video a 360 gradi consentono agli spettatori di guardarsi intorno durante il viaggio, mentre altre riproducono come mappe piatte dell’intero cielo.
Per creare le visualizzazioni, Schnittman ha collaborato con lo scienziato Goddard Brian Powell e ha utilizzato il supercomputer Discover presso il Climate Simulation Center della NASA. Il progetto ha generato circa 10 terabyte di dati (equivalenti a circa la metà del contenuto testuale stimato nella Biblioteca del Congresso) e ha impiegato circa cinque giorni per essere eseguito solo sullo 0,3% dei 129.000 processori di Discover. La stessa impresa richiederebbe più di un decennio su un tipico laptop.
La destinazione è un buco nero supermassiccio con 4,3 milioni di volte la massa del nostro sole, equivalente al mostro situato al centro della nostra galassia, la Via Lattea.
“Se hai la scelta, vorrai cadere in un buco nero supermassiccio”, ha spiegato Schnittman. “I buchi neri di massa stellare, che contengono fino a circa 30 masse solari, hanno orizzonti degli eventi molto più piccoli e forze di marea più forti, che possono fare a pezzi gli oggetti in avvicinamento prima che raggiungano l’orizzonte”.
Ciò si verifica perché l’attrazione gravitazionale all’estremità di un oggetto più vicino al buco nero è molto più forte di quella all’altra estremità. Gli oggetti che cadono si allungano come spaghetti, un processo che gli astrofisici chiamano spaghettificazione.
L’orizzonte degli eventi simulato del buco nero si estende per circa 25 milioni di chilometri, ovvero circa il 17% della distanza tra la Terra e il Sole. Una nube piatta e vorticosa di gas caldo e luminoso chiamata disco di accrescimento lo circonda e funge da riferimento visivo durante la fase di esplorazione autunno. Lo stesso vale per le strutture luminose chiamate anelli fotonici, che si formano più vicino al buco nero a causa della luce che gli ha orbitato una o più volte. Uno sfondo del cielo stellato visto dalla Terra completa la scena.
Man mano che la telecamera si avvicina al buco nero, raggiungendo velocità sempre più vicine a quella della luce stessa, la luminosità del disco di accrescimento e delle stelle sullo sfondo viene amplificata più o meno allo stesso modo in cui aumenta l’altezza del suono di un’auto da corsa. La sua luce appare più luminosa e bianca guardando nella direzione di marcia.
I filmati iniziano con la telecamera posizionata a 640 milioni di chilometri di distanza e il buco nero riempie rapidamente la vista. Lungo il percorso, il disco del buco nero, gli anelli fotonici e il cielo notturno diventano sempre più distorti, formando persino immagini multiple mentre la sua luce attraversa lo spaziotempo sempre più deformato.
In tempo reale, la telecamera impiega circa 3 ore per cadere verso l’orizzonte degli eventi, eseguendo quasi due orbite complete di 30 minuti lungo il percorso. Ma chiunque guardasse da lontano non sarebbe mai arrivato. Man mano che lo spaziotempo si distorce sempre più vicino all’orizzonte, l’immagine della telecamera rallenterebbe e sembrerebbe congelarsi appena sotto di essa. Questo è il motivo per cui gli astronomi originariamente si riferivano ai buchi neri come “stelle congelate”.
All’orizzonte degli eventi, anche lo spaziotempo stesso scorre verso l’interno alla velocità della luce, il limite di velocità cosmica. Una volta dentro, sia la telecamera che lo spazio-tempo in cui si muove si precipitano verso il centro del buco nero, un punto unidimensionale chiamato singolarità, dove le leggi della fisica come le conosciamo smettono di funzionare.
“Una volta che la telecamera attraversa l’orizzonte, la sua distruzione tramite spaghettificazione è a soli 12,8 secondi di distanza”, ha detto Schnittman. Da lì mancano solo 128.000 chilometri alla singolarità. Quest’ultima tappa del viaggio si conclude in un batter d’occhio.
Nello scenario alternativo, la telecamera orbita vicino all’orizzonte degli eventi ma non lo attraversa mai e fugge per mettersi in salvo. Se un astronauta volasse su una navicella spaziale in questo viaggio di andata e ritorno di sei ore mentre i suoi colleghi su una nave madre rimanessero lontani dal buco nero, ritornerebbe 36 minuti più giovane dei suoi colleghi. Questo perché il tempo scorre più lentamente in prossimità di una forte sorgente gravitazionale e quando ci si muove a una velocità prossima a quella della luce.
“Questa situazione potrebbe essere ancora più estrema”, ha detto Schnittman. “Se il buco nero ruotasse rapidamente, come quello mostrato nel film ‘Interstellar’ del 2014, ritornerebbe molti anni più giovane dei suoi compagni di missione.”
