تكشف عمليات المحاكاة الحاسوبية العملاقة الجديدة لوكالة ناسا كيف سيبدو الانهيار في ثقب أسود هائل

الثقوب السوداء فائقة الكتلة قادرة على التهام نجوم بأكملها بعنف، كما أن الكتلة غير المفهومة وتأثير الجاذبية في محيطها يمكن أن يشوه نسيج الزمكان. لقد استحوذت قوتها المذهلة وطبيعتها الغامضة على خيال أجيال من العلماء والفنانين، من ألبرت أينشتاين إلى كريستوفر نولاند، الذين سعوا إلى فهم ما لا يمكن معرفته من خلال الفن السمعي البصري والأبحاث الرائدة.

الآن، مجموعة جديدة محاكاة ناسا للكمبيوتر العملاق من خلال إظهار ما سيكون عليه السفر عبر أفق الحدث لثقب أسود فائق الكتلة بكتلة تساوي 4.3 مليون شمس، فإنه يمنح الجمهور فرصة لرؤية التأثير المحرف للواقع لهذه الكائنات الكونية عن قرب.

وأوضح عالم الفيزياء الفلكية في ناسا جيريمي شنيتمان من مركز غودارد لرحلات الفضاء في جرينبيلت بولاية ماريلاند: “كثيرًا ما يسأل الناس عن هذا، ومحاكاة هذه العمليات التي يصعب تخيلها تساعدنا على ربط الرياضيات النسبية بالتأثيرات الحقيقية في الكون الحقيقي”. عملت على تطوير التصورات. “لذلك قمت بمحاكاة سيناريوهين مختلفين، أحدهما حيث تخطئ الكاميرا – وهي بديل لرائد فضاء مقدام – أفق الحدث وترجع إلى الخلف، والآخر حيث تعبر الحدود وتحدد مصيرها.”

هل تساءلت يومًا ماذا سيحدث إذا سقطت في ثقب أسود؟

بفضل تصور جديد عالي السرعة تم تطويره على كمبيوتر ناسا العملاق، بدأنا #أسبوع_الثقب_الأسود نقطة اللاعودة للثقب الأسود، مع انخفاض افتراضي في أفق الحدث: https://t.co/aIk9MC1ayK pic.twitter.com/CoMsArORj4

– ناسا (@ ناسا) 6 مايو 2024

تم إنشاء عمليات المحاكاة بواسطة شنيتمان وزميله عالم ناسا بريان باول باستخدام الكمبيوتر العملاق Discover في مركز ناسا لمحاكاة المناخ. وفقًا للوكالة، كان الكمبيوتر المحمول النموذجي سيستغرق عقدًا من الزمن للتعامل مع المهمة الهائلة، لكن معالجات Discoverer البالغ عددها 129000 كانت قادرة على تجميع التصورات في خمسة أيام فقط باستخدام 0.3 بالمائة فقط من قوتها الحاسوبية.

تم إنشاء التفرد الموجود في قلب عمليات المحاكاة ليكون له نفس كتلة الثقب الأسود الهائل الهائل الكامن في قلب مجرة ​​درب التبانة والمعروف باسم Sagittarius A* (Sgr A*). كما أوضح شنيتمان، فإن الحجم المذهل للثقب الأسود الهائل يمكن أن يعمل لصالح رائد الفضاء، مما يمكّن المستكشف المقدام من البقاء على قيد الحياة حتى النقطة التي يمر فيها عبر أفق الحدث، وعند هذه النقطة يتم قطعه بواسطة عملية ما. ويسمى السباغيتي.

وقال شنيتمان في رسالة بالبريد الإلكتروني إلى IGN: “إن خطر السباغيتي مرتفع للغاية بالنسبة للثقوب السوداء الصغيرة في التسلسل الكتلي لشمسنا”. “بالنسبة لهم، فإن قوى المد والجزر من شأنها أن تمزق أي مركبة فضائية عادية قبل وقت طويل من وصولها إلى الأفق. بالنسبة للثقوب السوداء فائقة الكتلة مثل القوس A*، يكون الأفق كبيرًا جدًا لدرجة أنه يبدو مسطحًا، تمامًا كما لا تكون السفينة في البحر معرضة لخطر ” “سقوط الأفق”، يمكن أن يسقط بسهولة فوق شلال صغير.

وتابع عالم الفيزياء الفلكية في ناسا: “لحساب النقطة الدقيقة للتحول إلى السباغيتي، استخدمنا قوة جسم بشري نموذجي، لا يمكنه تحمل تسارع يزيد عن 10 جرام، لذلك هذه هي النقطة التي أعلنا فيها أنه سيتم تدمير الكاميرا”. . . “بالنسبة للقوس A*، هذا يمثل 1% فقط من أفق الحدث. وبعبارة أخرى، يبقى رائد الفضاء/الكاميرا على قيد الحياة 99% من الوقت في عزلة قبل أن يعبر الأفق وينقطع. أو يحترق بسبب الإشعاع الشديد، ولكن هذا هو قصة ليوم آخر.

ما الذي سيراه المستكشف الجريء في الواقع عندما يغوص في واحدة من أحلك الجيوب في الكون؟ حسنًا، كما يوحي اسمها، من المستحيل ملاحظة التفرد الموجود في مركز الثقب الأسود بشكل مباشر لأن جاذبيته تمنع حتى الضوء من الهروب بمجرد عبوره أفق الحدث. لكن علماء الفلك هناك ويمكن ملاحظة كتلة متوهجة من المواد شديدة السخونة حول الثقب الأسود، والتي تستقر في قرص مسطح أثناء سحبها بلا هوادة نحو أفق الحدث.

تكشف تصورات الكمبيوتر العملاق التابع لناسا بتفاصيل مذهلة كيف يمكن لكتلة 4.3 مليون شمس أن تعمل على تشتيت الضوء بشكل فعال من قرص تراكم مسطح. تبدأ كل محاكاة بمراقب يحدق في الثقب الأسود من على بعد حوالي 400 مليون ميل. تكرارًا لمظهر الثقب الأسود “Gargantua” الذي شوهد في فيلم Interstellar لعام 2014 للمخرج كريستوفر نولاند، يمكن بالفعل ملاحظة تأثير جاذبية اللوياثان الكوني من هنا حيث إنه يتلاعب بضوء القرص لتشكيل الجزء العلوي والسفلي من أفق الحدث.

مع استمرار الرحلة، يتكثف تأثير الثقب الأسود الهائل ليخلق مشهدًا من خطوط الفوتون المتغيرة، والتي تصبح أرق من أي وقت مضى مع اقتراب رائد الفضاء من أفق الحدث ومروره.

قامت ناسا بتحميل عدة إصدارات من عمليات المحاكاة ضوء الشبكةبما في ذلك فيديو YouTube بنطاق 360 درجة الذي يتيح للمشاهدين حرية التصرف لمشاهدتهم يسقطون في الحفرة الكونية العميقةأو بدلا من ذلك، رحلة للهروب من جاذبية العزلة التي لا هوادة فيها. تُظهر بعض مقاطع الفيديو منظور الكاميرا، والتأثيرات النسبية مثل تمدد الوقت – وهي ظاهرة يمر فيها الوقت بسرعات مختلفة لمشاهدين مختلفين اعتمادًا على مكان وجودهم ومدى سرعة سفرهم – تؤثر على الشخص عندما يقترب من نقطة التفرد.

راجع مقالة IGN هذه لتعرف ما هو تمدد الزمن وكيف يمكن أن يكون صداعًا لرواد الفضاء المستقبليين الذين يستكشفون النجوم البعيدة. لمزيد من أخبار علم الفلك، لماذا لا تقرأ عن انفجار نجمي يحدث مرة واحدة في العمر ويمكن رؤيته من الأرض في وقت لاحق من هذا العام أو تعرف كيف تجند الملايين من جنود الحدود بشكل جماعي.

حقوق الصورة: ناسا

أنتوني هو مساهم مستقل يغطي أخبار العلوم وألعاب الفيديو لـ IGN. لديه أكثر من ثماني سنوات من الخبرة في تغطية التطورات في العديد من المجالات العلمية وليس لديه وقت لخداعك. تابعه على TwitterBeardConGamer