La nueva visualización de un agujero negro de la NASA lleva a los espectadores a un viaje más allá de lo conocido

En esta visualización de un vuelo hacia un agujero negro supermasivo, las etiquetas resaltan muchas de las características fascinantes producidas por los efectos de la relatividad general a lo largo del camino.

Viajando hacia un agujero negro

Veamos las simulaciones increíbles.

Producida en una supercomputadora de la NASA, la simulación sigue una cámara a medida que se acerca, orbita brevemente y luego cruza el horizonte de sucesos (el punto de no retorno) de un monstruoso agujero negro muy parecido al que se encuentra en el centro de nuestra galaxia. Los crédito son del Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA/J. Schnittman y B. Powell.

Vídeo de inmersión en 360º en YouTube

"La gente suele preguntar sobre esto, y simular estos procesos difíciles de imaginar me ayuda a conectar las matemáticas de la relatividad con las consecuencias reales en el universo real", dijo Jeremy Schnittman, astrofísico del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, quien creó las visualizaciones. “Así que simulé dos escenarios diferentes, uno en el que una cámara (un sustituto de un atrevido astronauta) simplemente no alcanza el horizonte de sucesos y sale disparada, y otro en el que cruza el límite, sellando su destino”.

Las visualizaciones están disponibles en múltiples formas. Los videos explicativos actúan como guías turísticas, iluminando los extraños efectos de la teoría general de la relatividad de Einstein. Las versiones renderizadas como videos de 360 grados permiten a los espectadores mirar a su alrededor durante el viaje, mientras que otras se reproducen como mapas planos de todo el cielo.

Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA/J. Schnittman y B. Powell

Para crear las visualizaciones, Schnittman se asoció con el científico de Goddard Brian Powell y utilizó la supercomputadora Discover en el Centro de Simulación Climática de la NASA. El proyecto generó alrededor de 10 terabytes de datos (equivalente a aproximadamente la mitad del contenido de texto estimado en la Biblioteca del Congreso ) y tardó unos cinco días en ejecutarse en sólo el 0,3% de los 129.000 procesadores de Discover. La misma hazaña llevaría más de una década en una computadora portátil típica.

"Si tienes la opción, querrás caer en un agujero negro supermasivo", explicó Schnittman. "Los agujeros negros de masa estelar, que contienen hasta unas 30 masas solares, poseen horizontes de sucesos mucho más pequeños y fuerzas de marea más fuertes, que pueden destrozar los objetos que se acercan antes de que lleguen al horizonte".

Esto ocurre porque la atracción gravitacional en el extremo de un objeto más cercano al agujero negro es mucho más fuerte que la del otro extremo. Los objetos que caen se extienden como fideos, un proceso que los astrofísicos llaman espaguetificación.

El horizonte de sucesos del agujero negro simulado abarca aproximadamente 25 millones de kilómetros, o aproximadamente el 17% de la distancia entre la Tierra y el Sol. Una nube plana y arremolinada de gas caliente y brillante llamada disco de acreción lo rodea y sirve como referencia visual durante la caída. Lo mismo ocurre con las estructuras brillantes llamadas anillos de fotones, que se forman más cerca del agujero negro a partir de la luz que lo ha orbitado una o más veces. Un telón de fondo del cielo estrellado visto desde la Tierra completa la escena.

Visite una visualización alternativa que rastrea una cámara a medida que se acerca, cae, orbita brevemente y escapa de un agujero negro supermasivo. Esta versión inmersiva de 360 grados permite a los espectadores mirar a su alrededor durante el vuelo.

A medida que la cámara se acerca al agujero negro, alcanzando velocidades cada vez más cercanas a las de la propia luz, el brillo del disco de acreción y las estrellas del fondo se amplifica de forma muy parecida a como aumenta el tono del sonido de un coche de carreras que se aproxima. Su luz parece más brillante y blanca cuando se mira en la dirección de la marcha.

Las películas comienzan con la cámara ubicada a casi 640 millones de kilómetros de distancia, y el agujero negro llena rápidamente la vista. En el camino, el disco del agujero negro, los anillos de fotones y el cielo nocturno se distorsionan cada vez más, e incluso forman múltiples imágenes a medida que su luz atraviesa el espacio-tiempo cada vez más deformado.

Vea la explicación del sobrevuelo en YouTube.

En tiempo real, la cámara tarda unas 3 horas en caer hasta el horizonte de sucesos, ejecutando casi dos órbitas completas de 30 minutos a lo largo del camino. Pero para cualquiera que lo observara desde lejos, nunca llegaría allí. A medida que el espacio-tiempo se distorsiona cada vez más cerca del horizonte, la imagen de la cámara se ralentizaría y luego parecería congelarse apenas por debajo de ella. Esta es la razón por la que los astrónomos originalmente se referían a los agujeros negros como "estrellas congeladas".

En el horizonte de sucesos, incluso el propio espacio-tiempo fluye hacia adentro a la velocidad de la luz, el límite de velocidad cósmica. Una vez dentro, tanto la cámara como el espacio-tiempo en el que se mueve se precipitan hacia el centro del agujero negro, un punto unidimensional llamado singularidad , donde las leyes de la física tal como las conocemos dejan de operar.

"Una vez que la cámara cruza el horizonte, su destrucción por espaguetificación está a sólo 12,8 segundos de distancia", dijo Schnittman. Desde allí, hay sólo 128.000 kilómetros hasta la singularidad. Este último tramo del viaje termina en un abrir y cerrar de ojos.

En el escenario alternativo, la cámara orbita cerca del horizonte de sucesos pero nunca lo cruza y escapa a un lugar seguro. Si un astronauta volara una nave espacial en este viaje de ida y vuelta de seis horas mientras sus colegas en una nave nodriza permanecieran lejos del agujero negro, regresaría 36 minutos más joven que sus colegas. Esto se debe a que el tiempo pasa más lentamente cerca de una fuente gravitacional fuerte y cuando se mueve cerca de la velocidad de la luz.

"Esta situación puede ser aún más extrema", señaló Schnittman. "Si el agujero negro estuviera girando rápidamente, como el que se muestra en la película 'Interstellar' de 2014, regresaría muchos años más joven que sus compañeros de barco".

Descargue videos e imágenes de alta resolución del Scientific Visualization Studio de la NASA, aquí.

Texto de Francis Reddy
Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA