Immergiti in un buco nero nella simulazione all’avanguardia della NASA » Explorersweb – .

Da quando sappiamo della loro esistenza, gli esseri umani si sono chiesti come sarebbe precipitare in un buco nero.

I buchi neri, gli oggetti celesti così massicci da essere in grado di intrappolare la luce e “spaghettizzare” tutto ciò che vi cade dentro, hanno catturato anche il nostro immaginario collettivo. Gli astronomi trovarono segni del primo sistema di buchi neri conosciuto, Cygnus X-1, all’interno della Via Lattea nel 1964.

Ma scattare una foto decente di uno di essi si è rivelato scrupoloso. Un’attenzione prolungata ha finalmente prodotto la prima immagine di un buco nero – una “ciambella arancione sfocata” denominata M87 – nel 2019.

Eppure, da sempre, gli astrofisici hanno lavorato duro dietro i computer, eseguendo migliaia di equazioni matematiche codificate per simulare la forma e il comportamento dei buchi neri. In effetti, a partire dagli anni ’70, le simulazioni hanno rappresentato l’avanguardia del campo.

Confronta le indistinte ciambelle arancioni con i dettagli nell’immagine qui sotto, generata dall’astrofisico francese Jean-Pierre Luminet su un computer IBM 7040 – nel 1979.

La migliore simulazione finora

Avanti veloce fino al 2024, dove Jeremy Schnittman, astrofisico del Goddard Space Flight Center della NASA, è specializzato nella creazione di queste simulazioni avanzate. Facciamo fatica a sapere cosa succede all’interno dei buchi neri, ma i due ultimi video di Schnittman fanno avanzare lo stato dell’arte.

In essi, una telecamera simulata si tuffa verso la misteriosa singolarità al centro di un buco nero in altissima definizione.

“Le persone spesso chiedono questo, e simulare questi processi difficili da immaginare mi aiuta a collegare la matematica della relatività alle conseguenze reali nell’universo reale”, ha detto Schnittman a ExplorersWeb.

È il primo progetto che mostra che il buco nero simulato somiglia a Sagittarius A, l’oggetto supermassiccio al centro della Via Lattea. (I ricercatori nel 2022 hanno pubblicato le foto della ciambella arancione e hanno utilizzato la teoria della relatività di Einstein per modellare come potrebbe apparire a una risoluzione più elevata.)

Le espansioni simulate nei video di Schnittman sono enormi. “Sgr A*” pesa ben 4,3 milioni di soli e ha una larghezza di 23,5 milioni di chilometri. Ma alla telecamera bastano pochi secondi simulati per raggiungerlo da una distanza di 640 milioni di chilometri, per poi vacillare oltre l’orizzonte degli eventi nelle sue inevitabili profondità.

Schnittman ha ammesso che la simulazione non cerca di rappresentare perfettamente la realtà. Innanzitutto, Sgr A* ha una nube di accrescimento indistinta anziché il disco nitidissimo nel video. E lo sfondo è il cielo visto dalla Terra, piuttosto che da un buco nero qualsiasi, perché, beh, non abbiamo mai fotografato il cielo vicino a un buco nero.

Un supercomputer da 127.232 core

Indipendentemente da ciò, lo sforzo è stato abbastanza intenso. Resi a 8K, 60 fps, i dieci terabyte di riprese video avrebbero impiegato un decennio per essere generati su un laptop convenzionale. Invece di lavorare nell’oscurità, Schnittman ha collaborato con il collega scienziato Goddard Brian Powell per utilizzare il supercomputer Discover presso il Centro per la simulazione climatica della NASA.

“Ci vogliono da pochi minuti ad alcune ore per creare un fotogramma di un video come questo con i calcoli necessari”, ha spiegato Schnittman. “Quindi moltiplicalo per 10.000 volte e avrai bisogno di un supercomputer: processori che funzionano in parallelo.

La compulsione a entrare in un buco nero somiglia alla nostra fascinazione per le sue connotazioni potenti e sinistre. Sì, c’è abbastanza gravità all’interno che nemmeno la luce può sfuggire. No, non sappiamo ancora cosa succede nella singolarità, dove le leggi della fisica si infrangono e la matematica non funziona più.

Spaghettificazione

Ma lungo la strada, sappiamo che diventeresti “spaghetificato” – in pratica, la differenza tra la forza gravitazionale che tira i tuoi piedi e quella che tira la tua testa è così enorme che il tuo corpo si allungherebbe fino a diventare una pasta sottile e super allungata.

È ancora possibile sfuggire alla spaghettificazione, a patto di non avvicinarsi abbastanza da toccare l’orizzonte degli eventi. Questa regione, all’interno di un cerchio orbitante di luce chiamato anello fotonico, non fa prigionieri. Se fosse possibile vivere al suo interno per più di qualche secondo, si potrebbero percepire gli oggetti al di là, ma non potrebbe venirne fuori nulla.

Le simulazioni della NASA descrivono entrambi i destini: quello di essere inghiottiti dal buco nero e quello di scappare per un pelo. Nello scenario della morte, la telecamera simulata supera l’anello fotonico e si avvicina all’orizzonte degli eventi. La percezione del tempo a bordo accelera all’aumentare della gravità. Una volta che la telecamera entra nell’orizzonte degli eventi, percepisce il tempo fuori dal buco nero come infinito.

“La fotocamera è distrutta. Microsecondi dopo, raggiunge la singolarità.

Ciò rispecchia una delle fantasie professionali di Schnittman, anche se non è la sua prima scelta.

Un bel modo di andare

“È [spaghettification] la gloria finale per un astrofisico? Sarebbe un bel modo di procedere. Penso che opterò ancora per la strada dello stare a letto, circondato dai propri cari”, ha scherzato Schnittman.

Schnittman fa parte di un team di progetto della NASA incaricato di sviluppare un telescopio spaziale in grado di catturare le prime immagini di un buco nero dallo spazio. Situato a decine di migliaia di chilometri dalla Terra, invierebbe immagini ad alta risoluzione di ciambelle arancioni.

“Renderà tutte queste immagini molto più nitide, qualcosa come 10 volte più nitide”, ha detto Schnittman. “La cosa divertente è che, dal momento che le simulazioni esistevano ben prima che la ciambella arancione fosse conosciuta, non stiamo cercando di tornare indietro e capire la ciambella. Invece, la ciambella è stata emozionante per noi perché l’abbiamo vista e abbiamo pensato: ‘A-ha! Guarda, dopotutto avevamo ragione.”

Al progetto che descrive mancano ancora mezzo decennio e centinaia di milioni di dollari per essere implementato. Per ora, gli osservatori dei buchi neri dovrebbero continuare a concentrarsi su un posto nell’universo conosciuto: YouTube.