Vi siete mai chiesti cosa succede quando si cade in un buco nero? Ora, grazie a una nuova visualizzazione immersiva prodotta su un supercomputer della NASA, gli spettatori possono immergersi nell’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 effettive conseguenze nell’universo reale“, ha detto Jeremy Schnittman, un astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, che ha creato le visualizzazioni. “Così ho simulato due diversi scenari, uno in cui una telecamera – una controfigura di un audace astronauta – manca appena l’orizzonte degli eventi e vi rimbalza, e uno in cui attraversa il confine, segnando il suo destino”.
Le visualizzazioni sono disponibili in più forme. I video esplicativi fungono da guide turistiche, illuminando i bizzarri 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 vengono riprodotte come mappe piatte a tutto cielo.
Per creare le visualizzazioni, Schnittman ha collaborato con il collega scienziato del Goddard Brian Powell e ha utilizzato il supercomputer Discover presso il Center for Climate Simulation della NASA. Il progetto ha generato circa 10 terabyte di dati e ha richiesto circa 5 giorni di esecuzione su appena lo 0,3% dei 129.000 processori di Discover. La stessa impresa richiederebbe più di un decennio su un classico laptop.
Il buco nero simulato
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 Via Lattea. “Se hai la scelta, vorrai cadere in un buco nero supermassiccio“, ha detto Schnittman. “I buchi neri di massa stellare, che contengono fino a circa 30 masse solari, possiedono orizzonti degli eventi molto più piccoli e forze mareali più forti, che possono fare a pezzi gli oggetti in avvicinamento prima che raggiungano l’orizzonte”.
Ciò si verifica perché l’attrazione gravitazionale sull’estremità di un oggetto più vicina al buco nero è molto più forte di quella sull’altra estremità. Gli oggetti in caduta si allungano come spaghetti, un processo che gli astrofisici chiamano spaghettificazione.
L’orizzonte degli eventi del buco nero simulato si estende per circa 25 milioni di chilometri, ovvero circa il 17% della distanza dalla Terra al Sole. Una nube piatta e vorticosa di gas caldo e luminoso, chiamata disco di accrescimento, lo circonda e funge da riferimento visivo durante la caduta. Lo stesso vale per le strutture luminose chiamate anelli fotonici, che si formano più vicino al buco nero a causa della luce che lo ha orbitato una o più volte. Uno sfondo del cielo stellato visto dalla Terra completa la scena.
I video
Man mano che la telecamera si avvicina al buco nero, raggiungendo velocità sempre più vicine a quella della luce stessa, il bagliore del disco di accrescimento e delle stelle sullo sfondo viene amplificato più o meno allo stesso modo in cui il suono di un’auto da corsa in arrivo aumenta di tono. La loro luce appare più luminosa e bianca guardando nella direzione di marcia.
I video iniziano con la telecamera posizionata a quasi 640 milioni di chilometri di distanza, con il buco nero che riempie rapidamente la vista. Lungo il percorso, il disco del buco nero, gli anelli fotonici e il cielo notturno diventano sempre più distorti e formano persino immagini multiple mentre la loro luce attraversa lo spazio-tempo sempre più deformato.
In tempo reale, la telecamera impiega circa 3 ore per cadere sull’orizzonte degli eventi, eseguendo lungo il percorso quasi due orbite complete di 30 minuti. Ma per chiunque osservasse da lontano, non sembrerebbe mai arrivata del tutto. Man mano che lo spazio-tempo diventa sempre più distorto avvicinandosi all’orizzonte, l’immagine della telecamera rallenterebbe e poi sembrerebbe congelarsi appena prima di raggiungerlo. Questo è il motivo per cui gli astronomi originariamente si riferivano ai buchi neri come “stelle congelate”.
All’orizzonte degli eventi, anche lo spazio-tempo stesso scorre verso l’interno alla velocità della luce, il limite di velocità cosmica. Una volta al suo interno, sia la telecamera che lo spazio-tempo in cui si muove precipitano verso il centro del buco nero, un punto unidimensionale chiamato singolarità, dove le leggi della fisica come noi le conosciamo cessano di valere.
“Una volta che la telecamera attraversa l’orizzonte, la sua distruzione per spaghettificazione è a soli 12,8 secondi di distanza“, ha detto Schnittman. Da lì mancano solo 128.000 chilometri alla singolarità. Questa tappa finale del viaggio finisce 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 6 ore mentre i suoi colleghi su una navicella madre rimanessero lontani dal buco nero, ritornerebbe 36 minuti più giovane dei suoi colleghi. Questo perché il tempo scorre più lentamente vicino a una forte fonte gravitazionale e quando ci si muove vicino alla velocità della luce.
“Questa situazione può essere ancora più estrema”, ha osservato Schnittman. “Se il buco nero ruotasse rapidamente, come quello mostrato nel film “Interstellar” del 2014, ritornerebbe molti anni più giovane dei suoi compagni di bordo”.