Gargantua musta aukko. Mysteries of Space - Gargantuan musta aukko

Mustat aukot eivät säteile valoa, joten... ainoa tapa katso Gargantua - sen vaikutuksen kautta muiden esineiden valoon. SISÄÄN Tähtienvälinen muita kohteita ovat akkretion kiekko () ja galaksi, jossa se sijaitsee, mukaan lukien sumut ja runsas tähtikenttä. Yksinkertaisuuden vuoksi sisällytetään toistaiseksi vain tähdet.

Gargantua luo mustan varjon tähtikenttään ja myös taittaa valonsäteet jokaisesta tähdestä vääristäen kameran näkyvää tähtikuviota. Tämä vääristymä on kohdassa kuvattu gravitaatiolinssi.

Kuva 8.1 esittää nopeasti pyörivää mustaa aukkoa (kutsutaanko sitä Gargantuaksi) tähtikenttää vasten, sellaiselta kuin se näyttäisi, jos olisit Gargantuan päiväntasaajan tasossa. Gargantuan varjo on täysin musta alue. Heti varjon reunan takana on hyvin ohut tähtien valorengas, jota kutsutaan "tulirenkaaksi", jota paransin manuaalisesti tehdäkseni varjon reunasta terävämmän. Renkaan ulkopuolella näemme tiheän tähtien suihkeen painovoimalinssin luomassa samankeskisessä kuviossa.

Riisi. 8.1. Gravitaatiolinssin luoma tähtikuvio Gargantuan kaltaisen nopeasti pyörivän mustan aukon ympärille. Kaukaa katsottuna varjon kulmahalkaisija radiaaneina on 9 Gargantuan sädettä jaettuna havainnoijan etäisyydellä Gargantuasta. [Double Negativen visuaaliset tehosteet -tiimi on mallintanut tätä kirjaa varten.]

Kun kamera liikkuu Gargantuassa, tähdet näyttävät liikkuvan. Tämä liike yhdistettynä linssiin luo näyttävästi vaihtuvia valokuvioita. Joillakin alueilla tähdet virtaavat suuri nopeus, toisissa ne virtaavat rauhallisesti, toisissa ne jäätyvät paikoilleen; katso video tämän kirjan sivulla osoitteessa Interstellar.withgoogle.com.

Tässä luvussa selitän kaikki nämä vivahteet, alkaen varjosta ja sen tulirenkaasta. Sitten kuvailen, kuinka kuvat mustasta aukosta todellisuudessa saatiin Tähtienvälinen.

Kuvataessani Gargantuaa tässä luvussa pidän sitä nopeasti pyörivänä mustana aukona, jonka sen on oltava, jotta miehistön aikahävikki taataan Kestävyys suhteessa maahan (). Kuitenkin nopean kierron tapauksessa massayleisöä saattaa hämmentää Gargantuan varjon vasemman reunan tasaisuus (kuva 8.1) ja eräät tähtien virtaus- ja akkretiolevyn erityispiirteet, joten Christopher Nolan ja Paul Franklin valitsivat alemman. kiertonopeus - 60 prosenttia maksimista - elokuvan Gargantua-kuville. Katso viimeinen osio .

Varoitus: Kolmen seuraavan osan selitykset saattavat vaatia paljon henkistä vaivaa; ne voidaan ohittaa menettämättä kirjan muun osan lankaa. Ei tarvitse huolehtia!

Varjo ja hänen tulisormuksensa

Oletetaan, että olet keltaisen pisteen kohdalla. Valkoiset säteet A Ja B, samoin kuin muut niiden kaltaiset säteet, tuovat sinulle kuvan tulirenkaasta ja mustista säteistä A Ja B kantaa kuvaa varjon reunasta. Esimerkiksi valkoinen palkki A joka lähtee jostain tähdestä kaukana Gargantuasta, se liikkuu sisäänpäin ja jää loukkuun tulisen kuoren sisäreunaa pitkin Gargantuan päiväntasaajan tasossa, missä se lentää yhä uudelleen ympyrässä spatiaalisen pyörteen ohjaamana ja sitten pakenee ja saavuttaa silmäsi. Black Ray, myös allekirjoitettu A, tulee Gargantuan tapahtumahorisontista, se liikkuu ulospäin ja jää loukkuun tulisen kuoren samaan sisäreunaan, sitten pakenee ja saavuttaa silmäsi vierekkäin valkoisen säteen kanssa A. Valkoinen säde kantaa kuvan ohuen renkaan palasta ja musta kantaa kuvan palasta varjon reunasta. Tulinen kuori on vastuussa niiden viemisestä sivuttain ja ohjaamisesta silmiisi.

Riisi. 8.2. Gargantua ( pallo keskellä), sen päiväntasaajan taso ( sininen), tulikuori ( pinkki ja violetti) ja mustavalkoiset säteet, jotka kantavat kuvan varjon reunasta ja sen ympärillä olevasta ohuesta renkaasta.

Samoin valkoisille ja mustille säteille B, vain ne putoavat tulisen kuoren ulkorajalla olevaan ansaan ja liikkuvat myötäpäivään (tekevät tiensä kohti spatiaalista pyörrettä), kun taas säteet A jäädä loukkuun sisärajalle ja liikkua vastapäivään (ja spatiaalinen pyörre poimii ne). Kuvassa 8.1 varjon vasen reuna on litistetty ja oikea reuna pyöristetty johtuen siitä, että säteet A(vasemmasta reunasta) tulevat tulisen kuoren sisäreunalta, hyvin lähellä horisonttia, ja säteet B(vasemmasta reunasta) - ulkopuolelta, joka sijaitsee paljon kauempana horisontista.

Mustat säteet C Ja D kuvassa 8.2 ne alkavat horisontista, liikkuvat ulospäin ja jäävät loukkuun ei-ekvatoriaalisille kiertoradoille tulikuoressa, sitten pakenevat ansa kiertoradalta ja saavuttavat silmäsi kantaen kuvia päiväntasaajan ulkopuolella olevista varjon reunan paloista kone. Beam Trap Orbit D näkyy upotuksessa oikeassa yläkulmassa. Valkoiset säteet KANSSA Ja D(ei esitetty), jotka tulevat kaukaisista tähdistä, jäävät vierekkäin mustien säteiden loukkuun C Ja D ja siirry kohti silmiäsi vierekkäin C Ja D, jossa on kuvia palorenkaan osista vierekkäin varjon reunakappaleiden kanssa.

Pyörimätön mustan aukon linssi

Ymmärtääksemme gravitaatiolinssin taittamien tähtien kuvioita ja niiden virtausta kameran liikkuessa, aloitetaan pyörimättömästä mustasta aukosta ja yhdestä tähdestä tulevista valonsäteistä (kuva 8.3). Kaksi valonsädettä lähtee tähdestä kameraan. Jokainen niistä liikkuu suorinta polkua pitkin reiän kaarevassa tilassa, mutta kaarevuuden vuoksi jokainen palkki taipuu.

Yksi kaareva säde liikkuu kameraa kohti varjon vasemman reunan ympäri, toinen sen oikean reunan ympäri. Jokainen säde kuljettaa oman kuvansa tähdestä kameraan. Nämä kaksi kuvaa, kuten kamera näkee, näkyvät kuvassa 8.3. Olen ympyröinyt ne punaisella erottaakseni ne kaikista muista kamerassa näkyvistä tähdistä. Huomaa, että oikea kuva on paljon lähempänä reiän varjoa kuin vasen. Tämä johtuu siitä, että sen kaareva säde kulki lähemmäs reiän tapahtumahorisonttia.

Riisi. 8.3 Edellä: Pyörimättömän mustan aukon kaareva tila massasta katsottuna ja kaksi valonsädettä, jotka liikkuvat kaarevassa tilassa tähdestä kameraan. Pohja: Gravitaatiolinssin taittama tähtikuvio kameran näkemänä. [Mallinnut Alain Riazuelo; katso video hänen mallistaan osoitteessa www2.iap.fr/users/riazuelo/interstellar.]

Jokainen toinen tähti näkyy kuvassa kahdesti, reiän varjon vastakkaisilla puolilla. Tunnistatko yhtään paria? Kuvan mustan aukon varjo koostuu suunnista, joista mikään säde ei pääse kameraan; Katso yläkaavion kolmion muotoista aluetta, joka on merkitty "varjo". Kaikki säteet, jotka "haluavat olla" varjossa, jäävät kiinni ja nielemään musta aukko.

Kun kamera liikkuu oikealle kiertoradalla (kuva 8.3), kameran näkemä tähtikuvio muuttuu kuvan 8.4 mukaisesti.

Tässä kuvassa kaksi erillistä tähteä on korostettu. Yksi on ympyröity punaisella (sama tähti on ympyröity kuvassa 8.3). Toinen on keltaisen merkin sisällä. Näemme kustakin tähdestä kaksi kuvaa: yhden vaaleanpunaisen ympyrän ulkopuolella, toisen sisällä. Vaaleanpunaista ympyrää kutsutaan "Einstein-renkaaksi".

Kun kamera liikkuu oikealle, kuvat liikkuvat punaisia ja keltaisia käyriä pitkin.

Einstein-renkaan ulkopuolella olevat tähtien kuvat (kutsutaanko niitä ensisijaisiksi kuviksi) liikkuvat odotetusti: tasaisesti vasemmalta oikealle, mutta poikkeavat mustasta aukosta liikkuessaan. (Voitko selittää, miksi poikkeama tapahtuu alkaen reikiä, eikä sitä kohti?)

Riisi. 8.4 Muuttuva tähtikuvio, jonka kamera näkee sen liikkuessa oikealle kiertoradalla kuvassa 8.3. [Mallinnut Alain Riazuelo; katso www2.iap.fr/users/riazuelo/interstellar.]

Toissijaiset kuvat Einstein-renkaan sisällä liikkuvat kuitenkin odottamattomalla tavalla: ne näyttävät nousevan varjon oikeasta reunasta, siirtyvän ulospäin varjon ja Einstein-renkaan väliseen renkaaseen, pyörivän varjon ympäri ja takaisin alaspäin. varjon reunaan. Tämä voidaan ymmärtää palaamalla kuvan 8.3 yläkuvaan. Oikea säde kulkee lähellä mustaa aukkoa, joten oikea kuva tähdestä on sen varjon vieressä. Aikaisemmin, kun kamera oli vasemmalla, oikean säteen täytyi kulkea vielä lähempänä mustaa aukkoa, jotta se taipuisi enemmän ja pääsisi kameraan, niin että oikea kuva oli hyvin lähellä kuvan reunaa. varjo. Sitä vastoin aikaisemmassa vaiheessa vasen säde kulki melko kauas reiästä, joten se oli lähes suora ja loi kuvan melko kaukana varjosta.

Nyt, jos olet valmis, mieti kuvassa 8.4 otettujen kuvien myöhempää liikettä.

Nopeasti pyörivä mustan aukon linssi: Gargantua

Gargantuan nopean pyörimisen synnyttämä spatiaalinen pyörre muuttaa painovoimalinssiä. Kuvan 8.1 (Gargantua) tähtikuviot näyttävät hieman erilaisilta kuin kuvan 8.4 (ei pyörivä musta aukko), ja virtaavat kuviot ovat vieläkin erilaisia.

Gargantuan tapauksessa suihku (kuva 8.5) paljastaa kaksi Einstein-rengasta, jotka on esitetty vaaleanpunaisina käyrinä. Ulkopuolelta ulompi kehä tähdet virtaavat oikealle (esimerkiksi kahta punaista käyrää pitkin), kuten kuvan 8.4 pyörimättömän mustan aukon tapauksessa. Tilallinen pyörre keskitti kuitenkin virtauksen kapeiksi nopeiksi raidoiksi reiän varjon takareunaa pitkin, jotka kaartuivat jyrkästi päiväntasaajalla. Pyörre aiheutti myös turbulenssia suihkussa (suljetut punaiset käyrät).

Jokaisesta tähdestä näkyy toissijainen kuva kahden Einstein-renkaan välissä. Jokainen toissijainen kuva pyörii suljettua käyrää pitkin (esimerkiksi kaksi keltaista käyrää) ja se pyörii vastakkaiseen suuntaan kuin punainen virtaava liike ulkorenkaan ulkopuolella.

Riisi. 8.5 Piirros tähtivirrasta, jonka kamera näkee Gargantuan kaltaisen nopeasti pyörivän mustan aukon vieressä. Tässä visuaalisten tehostetiimin Double Negative -mallissa reikä pyörii 99,9 prosenttia enimmäisnopeudestaan ja kamera on pyöreällä ekvatoriaalisella kiertoradalla, jonka ympärysmitta on kuusi kertaa horisontin ympärysmitta. Katso video tästä mallista tämän kirjan sivulla osoitteessa Interstellar.withgoogle.com.

Gargantuan taivaalla on kaksi hyvin erityistä tähteä painovoimalinssin ollessa pois päältä. Toinen sijaitsee tarkalleen Gargantuan pohjoisnavan yläpuolella, toinen täsmälleen sen alapuolella. etelänapa. Nämä ovat analogeja Pohjantähdestä, joka sijaitsee täsmälleen Maan pohjoisnavan yläpuolella. Laitoin viisisakaraiset tähdet Gargantuan napatähtien ensisijaisiin (punaisiin) ja toissijaisiin (keltaisiin) kuviin. Kaikki tähdet maan taivaalla näyttävät kiertävän Pohjantähden ympärillä, kun maapallon pyöriminen vetää meidät ympyrään. Vastaavasti Gargantuassa kaikki ensisijaiset tähtikuvat pyörivät napatähtien punaisten kuvien ympärillä kameran liikkuessa reiän kiertoradalla, mutta niiden kiertoradat (esimerkiksi kaksi punaista turbulenssikäyrää) vääristyvät suuresti spatiaalisen pyörteen ja gravitaatiolinssi. Samoin kaikki toissijaiset tähtikuvat kiertävät keltaisia napatähtikuvia (esim. kahta vääristynyttä keltaista käyrää pitkin).

Miksi ei-pyörivän mustan aukon tapauksessa (kuva 8.4) toissijaisten kuvien nähtiin nousevan mustan aukon varjosta, pyörivän reiän ympäri ja laskeutuvan takaisin varjoon sen sijaan, että ne pyörisivät suljetussa käyrässä , kuten Gargantuan tapauksessa (kuva 8.5)? Itse asiassa he tekevät Käytä suljettua käyrää pitkin, jos kyseessä on ei-pyörivä musta aukko. Tämän suljetun käyrän sisäreuna on kuitenkin niin lähellä varjon reunaa, että sitä ei voi nähdä. Gargantuan kierto synnyttää spatiaalisen pyörteen, ja tämä pyörre työntää sisemmän Einstein-renkaan ulospäin paljastaen sekundaarikuvien (keltaiset käyrät kuvassa 8.5) ja sisemmän Einstein-renkaan täydellisen käänteisen kuvion.

Sisäisen Einstein-renkaan sisällä virtauskuvio on monimutkaisempi. Tämän alueen tähdet ovat kolmannen ja korkeamman tason kuvia kaikista maailmankaikkeuden tähdistä - samoja kuvia nähdään pääkuvina ulomman Einstein-renkaan ulkopuolella ja toissijaisina kuvina Einsteinin renkaiden välillä.

Kuvassa 8.6 näytän viisi pientä kuvaa Gargantuan päiväntasaajan tasosta, joissa itse Gargantua näkyy mustana, kameran kiertorata vaaleanpunaisena ja valonsäde punaisena. Valosäde kuljettaa tähden kuvan kameraan, joka sijaitsee sinisen nuolen kärjessä. Kamera liikkuu Gargantuassa vastapäivään.

Voit todella ymmärtää gravitaatiolinssin, jos käyt nämä kuvat yksitellen läpi. Huomaa, että tähden todellinen suunta on ylös ja oikealle (katso punaisten säteiden ulkopäitä). Kamera ja kunkin säteen alku osoittavat tähden kuvaa. Kymmenes kuva on hyvin lähellä varjon vasenta reunaa, ja oikea toissijainen kuva on lähellä oikeaa reunaa; Vertaamalla näiden kuvien kamerasuuntia, huomaamme, että varjo on noin 150 asteen kaaressa ylöspäin. Tämä huolimatta siitä, että todellinen suunta kamerasta Gargantuan keskustaan on vasemmalle ja ylöspäin. Linssi siirsi varjon suhteessa Gargantuan nykyiseen sijaintiin.

Riisi. 8.6. Valosäteet, jotka kuljettavat kuvia tähtistä sinisten nuolien kärjessä. (englanniksi: ensisijainen - ensisijainen, sekundaarinen - toissijainen, tertiary - tertiary.) [Samasta Double Negative -mallista kuin kuvissa 8.1 ja 8.5.]

Black Hole- ja Wormhole -visuaalisten tehosteiden luominen Tähtienvälinen

Chris halusi Gargantuan näyttävän tältä Itse asiassa näyttää nopeasti pyörivältä mustalta aukolta, joten hän pyysi Paulia neuvomaan minua. Paul otti minut yhteyttä joukkueeseen Tähtienvälinen, jonka hän kokosi visuaalisten tehosteiden studiossa Double Negativessa Lontoossa.

Menin kiihkeään työskentelyyn tiiviissä päätutkijan Oliver Jamesin kanssa. Oliver ja minä puhuimme puhelimessa ja Skypessä, vaihdoimme sähköposteja ja tiedostoja ja tapasimme henkilökohtaisesti Los Angelesissa ja hänen toimistossaan Lontoossa. Oliverin akateeminen tutkinto optiikassa ja atomifysiikassa, ja hän ymmärtää Einsteinin suhteellisuuslakeja, joten puhuimme samaa teknistä kieltä.

Jotkut fyysikkokollegani ovat jo tehneet tietokonemallit mitä tarkkailija näkisi kiertäessään mustaa aukkoa tai jopa pudotessaan siihen. Huippuasiantuntijat olivat Alain Riazuelo Institut d'Astrophysiquesta Pariisista ja Andrew Hamilton Colorado Boulderin yliopistosta. Andrew loi videon mustista aukoista, jota näytetään planetaarioissa ympäri maailmaa, ja Alain simuloi mustia aukkoja, jotka pyörivät erittäin, erittäin nopeasti, kuten Gargantua.

Alkuperäinen suunnitelmani oli siis laittaa Oliver yhteen Alainin ja Andrew'n kanssa ja pyytää heitä antamaan hänelle tarvittavat panokset. Tunsin oloni epämukavaksi tästä päätöksestä muutaman päivän, ja sitten muutin mieleni.

Puoli vuosisataa kestäneen fyysikkourani aikana olen panostanut kovasti uusien löytöjen tekemiseen itse ja mentoroimaan opiskelijoita tekemään uusia löytöjä. Miksi ei vaihteeksi tekisi jotain vain siksi, että se on hauskaa, kysyin itseltäni, vaikka muut olisivatkin tehneet sen jo ennen minua? Joten törmäsin tähän "jotain". Ja se oli hauskaa. Ja yllätyksekseni se on (vaatimattomasti) johtanut uusiin löytöihin sivutuotteena.

Johdin Oliverin tarvitsemat yhtälöt käyttämällä suhteellisuuslakeja ja tukeutuen voimakkaasti edeltäjien (erityisesti Brandon Carterin Laboratoire Univers et Théoriesista Ranskasta ja Jeanne Levinin Columbia Universitystä) työhön. Nämä yhtälöt laskevat valonsäteiden liikeradat, jotka lähtevät jostain valonlähteestä, kuten kaukaisesta tähdestä, ja liikkuvat Gargantuan kaarevan tilan läpi kohti kameraa. Näistä valonsäteistä yhtälöni laskevat sitten kameran näkemät kuvat, ottaen huomioon valonlähteiden ja Gargantuan tilan ja ajan vääristymisen lisäksi myös kameran liikkeen Gargantuan ympärillä.

Saatuani nämä yhtälöt, kokeilin niitä itse ystävän avulla ohjelmisto nimeltä Mathematica. Vertailin Mathematica-tietokonekoodini tuottamia kuvia Alain Riazuelon kuviin, ja kun he suostuivat, olin innoissani. Sitten kirjoitin yksityiskohtaiset kuvaukset yhtälöni ja lähetin ne Oliverille Lontooseen Mathematica-koodini kanssa.

Koodini oli erittäin hidas ja sen resoluutio oli alhainen. Oliverin tehtävänä oli kääntää yhtälöni tietokonekoodiksi, joka voisi tuottaa erittäin korkealaatuisia IMAX-kuvia, joita elokuvassa tarvitaan.

Oliver ja minä teimme sen askel askeleelta. Aloitimme pyörimättömästä mustasta aukosta ja kiinteästä kamerasta. Sitten lisäsimme mustan aukon pyörimisen. Sitten he lisäsivät kameran liikkeen: ensin liikkuvat ympyräradalla ja sitten putoavat mustaan aukkoon. Ja sitten leikkaamme madonreiän ympäri pyörivään kameraan.

Tässä Oliver osui minuun kuin salama taivaalta: hienovaraisimpien tehosteiden mallintamiseksi hän ei tarvitsisi vain yhtälöitä, jotka kuvaavat valonsäteiden liikeradat, vaan myös yhtälöitä, jotka kuvaavat kuinka valonsäteen poikkileikkaus muuttaa kokoa ja muotoa. kun se kulkee madonreiän läpi.

Enemmän tai vähemmän osasin tehdä sen, mutta yhtälöt olivat hirveän hämmentäviä ja pelkäsin tekeväni virheitä. Niinpä tutkin teknistä kirjallisuutta ja huomasin, että vuonna 1977 Serge Pineault ja Rob Rouber Toronton yliopistosta olivat saaneet tarvittavat yhtälöt melkein siinä muodossa kuin tarvitsin. Kolmen viikon kamppailun jälkeen oman tyhmyyteni kanssa sain heidän yhtälönsä täsmälleen oikein, ilmaisin ne Mathematicassa ja kirjoitin ne Oliverille, joka sisällytti ne omaan tietokonekoodiinsa. Loppujen lopuksi hänen koodinsa pystyi tuottamaan elokuvassa tarvittavat laadukkaat kuvat.

Double Negativessa Oliverin tietokonekoodi oli vasta alkua. Hän luovutti sen Eugenie von Tanzelmannin johtamalle taideryhmälle, joka lisäsi akkretiolevyn () ja loi taustagalaksin, jossa oli tähtiä ja sumuja, joita Gargantua-linssi vääristää. Hänen tiiminsä lisäsi sitten Kestävyys, Rangers and Landers ja kameraanimaatio (muuttavat liikettä, suuntaa, näkökenttää jne.) ja muovasivat kuvat erittäin vakuuttaviin muotoihin: uskomattomiksi kohtauksiksi, jotka näkyvät elokuvassa. Jatkuu, katso.

Sillä välin ihmettelin Oliverin ja Eugenian minulle lähettämiä korkealaatuisia videoita ja yritin kovasti ymmärtää, miksi kuvat näyttivät sellaisilta ja tähtikentät virtasivat niin kuin ne. Minulle nämä videot ovat kuin kokeellista dataa: ne paljastavat asioita, joita en olisi koskaan keksinyt yksin ilman näitä malleja - kuten mitä kuvailin edellisessä osiossa (kuvat 8.5 ja 8.6). Aiomme julkaista teknisen artikkelin tai kaksi, joissa kuvataan, mitä olemme oppineet.

Gravity-siltojen ulkonäkö

Vaikka Chris päätti olla näyttämättä mitään painovoiman nostoista Tähtienvälinen, Mietin, miltä ne olisivat näyttäneet Cooperille, kun hän johti Rangerin Millerin planeetalle. Joten käytin yhtälöitäni ja Mathematicaa kuvien mallintamiseen. (Kuvieni resoluutio on paljon pienempi kuin Oliverilla ja Eugeniella koodini hitauden vuoksi.)

Kuva 8.7 näyttää sarjan kuvia Ranger Cooperilta, kun sitä pumpataan keskimassaisen mustan aukon (IMBH) ympäri aloittaakseen laskeutumisen kohti Millerin planeettaa - minun tieteellisessä tulkinnassani Tähtienvälinen. Tämä on kuvassa 7.2 kuvattu nostohihna.

Kuva 8.7. Gravitaatiohihna ChDSM:n ympärillä Gargantuan taustaa vasten [Oma malli ja renderöinti.]

Yläkuvassa Gargantua on hänen takanaan ja BDSM kulkee hänen edestä. HDSM kaappaa valonsäteet kaukaisista tähdistä kohti Gargantuaa, pyörittää niitä itsensä ympäri ja heittää kameraa kohti. Tämä selittää BSSM:n varjoa ympäröivän tähtien valon. Vaikka BSSM on tuhat kertaa pienempi kuin Gargantua, se on paljon lähempänä Rangeria kuin Gargantua, joten se näyttää vain kohtalaisen pienemmältä.

Kun nostokamera liikkuu oikealle, se jättää Gargantuan ensisijaisen varjon taakseen (keskimmäinen kuva kuvassa 8.7) ja työntää Gargantuan varjon toissijaisen kuvan eteensä. Nämä kaksi kuvaa ovat täsmälleen samat kuin mustan aukon painovoimalinssin taittaman tähden ensisijaiset ja toissijaiset kuvat; mutta nyt ChDSM:n linssi taittaa Gargantuan varjon. Alimmassa kuvassa toissijaisen varjon koko pienenee BDS:n liikkuessa pidemmälle. Tässä vaiheessa painovoimahihna on melkein valmis, ja Rangerin kamera ryntää alas kohti Millerin planeettaa.

Niin vaikuttavia kuin nämä kuvat ovatkin, ne voidaan nähdä vain lähellä BSSM:ää ja Gargantuaa, ei kaukaiselta etäisyydeltä Maahan. Maan tähtitieteilijöille jättimäisten mustien aukkojen vaikuttavimmat optiset vaikutukset ovat niistä ulkonevat suihkut ja niiden kiertoradalla kimaltelevan kaasukiekon valo. Käännymme nyt heidän puoleen.

Viime aikoina tiede on tullut luotettavasti tietoiseksi siitä, mikä musta aukko on. Mutta heti kun tiedemiehet keksivät tämän maailmankaikkeuden ilmiön, heidän päälleen putosi uusi, paljon monimutkaisempi ja hämmentävämpi: supermassiivinen musta aukko, jota ei voida kutsua mustaksi, vaan häikäisevän valkoiseksi. Miksi? Mutta koska tämä on täsmälleen määritelmä, joka annetaan kunkin galaksin keskukselle, joka hehkuu ja loistaa. Mutta kun pääset sinne, ei ole muuta jäljellä kuin musta. Millainen palapeli tämä on?

Muistutus mustista aukoista

Tiedetään varmasti, että yksinkertainen musta aukko on kerran loistanut tähti. Tietyssä olemassaolon vaiheessa se alkoi kasvaa kohtuuttomasti, kun taas säde pysyi samana. Jos entinen tähti"laajentui" ja se kasvoi, sitten nyt sen ytimeen keskittyneet voimat alkoivat vetää kaikki muut komponentit itseensä. Sen reunat "luhistuvat" keskelle muodostaen uskomattoman romahduksen, josta tulee musta aukko. Sellainen" entisiä tähtiä"eivät enää loista, vaan ovat täysin ulkoisesti näkymättömiä universumin esineitä. Mutta ne ovat hyvin havaittavissa, koska ne kirjaimellisesti absorboivat kaiken, mikä kuuluu niiden gravitaatiosäteeseen. Ei tiedetä, mitä tällaisen tapahtumahorisontin takana on. Tosiasioihin perustuen tällainen valtava painovoima murskaa kirjaimellisesti minkä tahansa kehon. Kuitenkin sisään Viime aikoina Ei vain tieteiskirjailijat, vaan myös tiedemiehet ovat sitä mieltä, että nämä voisivat olla eräänlaisia avaruustunneleita pitkien matkojen matkustamiseen.

Mikä on kvasaari?

Supermassiivisella mustalla aukolla on samanlaiset ominaisuudet, toisin sanoen galaksin ydin, jolla on supervoimakas gravitaatiokenttä, joka on olemassa sen massan (miljoonien tai miljardien auringon massojen) vuoksi. Supermassiivisten mustien aukkojen muodostumisperiaatetta ei ole vielä vahvistettu. Erään version mukaan tämän romahtamisen syynä ovat liian puristetut kaasupilvet, joissa kaasu on erittäin purkautunut ja lämpötila on uskomattoman korkea. Toinen versio on erilaisten pienten mustien aukkojen, tähtien ja pilvien massojen lisääminen yhdeksi painovoimakeskukseksi.

Meidän galaksimme

Linnunradan keskellä oleva supermassiivinen musta aukko ei ole yksi tehokkaimmista. Tosiasia on, että galaksilla itsessään on spiraalirakenne, joka puolestaan pakottaa kaikki sen osallistujat olemaan jatkuvassa ja melko nopeassa liikkeessä. Siten gravitaatiovoimat, jotka voitaisiin keskittyä yksinomaan kvasaariin, näyttävät haihtuvan ja kasvavan tasaisesti reunasta ytimeen. On helppo arvata, että asiat ovat päinvastoin elliptisissä tai esimerkiksi epäsäännöllisissä galakseissa. "Laitamilla" avaruus on erittäin harvinaista, planeetat ja tähdet eivät käytännössä liiku. Mutta itse kvasaarissa elämä on kirjaimellisesti täydessä vauhdissa.

Linnunradan kvasaarin parametrit

Radiointerferometriaa käyttämällä tutkijat pystyivät laskemaan supermassiivisen mustan aukon massan, sen säteen ja painovoiman. Kuten yllä todettiin, kvasaarimme on himmeä, sitä on vaikea kutsua supervoimakkaaksi, mutta edes tähtitieteilijät eivät itse odottaneet, että todelliset tulokset olisivat tällaisia. Joten Sagittarius A* (se on ytimen nimi) vastaa neljää miljoonaa auringon massaa. Lisäksi ilmeisten tietojen mukaan tämä musta aukko ei edes ime ainetta, ja sen ympäristössä olevat esineet eivät kuumene. Myös huomioitu mielenkiintoinen fakta: kvasaari on kirjaimellisesti haudattu kaasupilviin, joiden aines on erittäin harvinaista. Ehkä galaksimme supermassiivisen mustan aukon evoluutio on vasta alkamassa, ja miljardeissa vuosissa siitä tulee todellinen jättiläinen, joka houkuttelee planeettajärjestelmien lisäksi myös muita pienempiä.

Riippumatta siitä, kuinka pieni kvasaarimme massa voi olla, tutkijoihin vaikutti eniten sen säde. Teoriassa tällainen etäisyys voidaan kattaa muutamassa vuodessa jollakin modernilla avaruusaluksia. Supermassiivisen mustan aukon mitat ovat hieman suuremmat kuin keskimääräinen etäisyys Maan ja Auringon välillä, nimittäin 1,2 tähtitieteellistä yksikköä. Tämän kvasaarin gravitaatiosäde on 10 kertaa pienempi kuin päähalkaisija. Tällaisilla indikaattoreilla aine ei luonnollisesti yksinkertaisesti pysty singularisoitumaan ennen kuin se ylittää suoraan tapahtumahorisontin.

Paradoksaalisia faktoja

Galaksi kuuluu nuorten ja uusien tähtijoukkojen luokkaan. Tätä todistavat paitsi hänen ikänsä, parametrit ja asemansa ihmisen tiedossa avaruuden kartta, mutta myös sen supermassiivisen mustan aukon voima. Kuitenkin, kuten kävi ilmi, ei vain nuorilla voi olla "hauskoja" parametreja. Monet kvasaarit, joilla on uskomaton voima ja painovoima, yllättävät ominaisuuksillaan:

Tavallinen ilma on usein tiheämpää kuin supermassiiviset mustat aukot.
Kun keho on tapahtumahorisontissa, se ei kohtaa vuorovesivoimia. Tosiasia on, että singulaarisuuden keskus on melko syvä, ja sen saavuttamiseksi sinun on tehtävä pitkän matkan, edes epäilemättä, ettei paluuta olisi.

Universumimme jättiläiset

Yksi tilavimmista ja vanhimmista esineistä avaruudessa on supermassiivinen musta aukko kvasaarissa OJ 287. Tämä on kokonainen syövän tähdistössä sijaitseva lacertid, joka on muuten erittäin huonosti näkyvissä Maasta. Se perustuu mustien aukkojen binäärijärjestelmään, joten siinä on kaksi tapahtumahorisonttia ja kaksi singulaarisuuspistettä. Suuremman esineen massa on 18 miljardia aurinkomassaa, mikä on melkein sama kuin pienen täysimittaisen galaksin massa. Tämä kumppani on staattinen; vain sen painovoimasäteen sisällä olevat esineet pyörivät. Pienempi järjestelmä painaa 100 miljoonaa auringon massaa ja sen kiertoaika on myös 12 vuotta.

Vaarallinen naapurusto

Galaksit OJ 287 ja Linnunrata on todettu olevan naapureita – niiden välinen etäisyys on noin 3,5 miljardia valovuotta. Tähtitieteilijät eivät sulje pois mahdollisuutta, että nämä kaksi kosmista kappaletta törmäävät lähitulevaisuudessa muodostaen monimutkaisen tähtirakenteen. Yhden version mukaan liike johtuu juuri tällaisen gravitaatiojättiläisen lähestymisestä planeettajärjestelmät galaksissamme kiihtyy jatkuvasti, ja tähdet kuumenevat ja aktiivisempia.

Supermassiiviset mustat aukot ovat itse asiassa valkoisia

Heti artikkelin alussa esitettiin erittäin arkaluonteinen kysymys: väriä, jolla voimakkaimmat kvasaarit ilmestyvät edessämme, voidaan tuskin kutsua mustaksi. Jopa yksinkertaisin valokuva mistä tahansa galaksista voidaan nähdä paljaalla silmällä, että sen keskus on valtava valkoinen piste. Miksi sitten luulemme sen olevan supermassiivinen musta aukko? Teleskooppien läpi otetut valokuvat osoittavat meille valtavan tähtijoukon, joka vetää puoleensa ytimeen. Lähistöllä kiertävät planeetat ja asteroidit heijastavat läheisyytensä vuoksi, mikä moninkertaistaa kaiken lähellä olevan valon. Koska kvasaarit eivät vedä kaikkia vierekkäisiä esineitä sisään salaman nopeudella, vaan pitävät niitä vain painovoimasäteessään, ne eivät katoa, vaan alkavat hehkua vielä enemmän, koska niiden lämpötila nousee nopeasti. Mitä tulee tavallisiin mustiin aukkoihin ulkoavaruus, silloin heidän nimensä on täysin perusteltu. Mitat ovat suhteellisen pieniä, mutta painovoima on valtava. He yksinkertaisesti "syövät" valon vapauttamatta ainuttakaan kvanttia pankeistaan.

Elokuva ja supermassiivinen musta aukko

Gargantua - ihmiskunta alkoi käyttää tätä termiä laajalti mustien aukkojen suhteen sen jälkeen, kun elokuva "Interstellar" julkaistiin. Tätä kuvaa katsoessa on vaikea ymmärtää, miksi juuri tämä nimi valittiin ja missä yhteys on. Mutta alkuperäisessä käsikirjoituksessa he suunnittelivat luovansa kolme mustaa aukkoa, joista kaksi saisi nimet Gargantua ja Pantagruel, jotka on otettu satiirisesta romaanista. Muutosten jälkeen jäljelle jäi vain yksi "kanin aukko", jolle valittiin etunimi . On syytä huomata, että elokuvassa musta aukko on kuvattu mahdollisimman realistisesti. Niin sanotusti suunnittelullaan ulkomuoto sen suoritti tiedemies Kip Thorne, joka perustui näiden kosmisten kappaleiden tutkittuihin ominaisuuksiin.

Mistä tiesimme mustista aukoista?

Ilman suhteellisuusteoriaa, jonka Albert Einstein ehdotti 1900-luvun alussa, kukaan ei luultavasti edes kiinnittäisi huomiota näihin salaperäisiin esineisiin. Supermassiivista mustaa aukkoa pidettäisiin tavallisena tähtijoukkona galaksin keskustassa, ja tavalliset pienet jäävät täysin huomaamatta. Mutta nykyään teoreettisten laskelmien ja niiden oikeellisuuden vahvistavien havaintojen ansiosta voimme havaita sellaisen ilmiön kuin aika-avaruuden kaarevuus. Nykyajan tutkijat sanovat, että "kanin reiän" löytäminen ei ole niin vaikeaa. Tällaisen esineen ympärillä aine käyttäytyy epäluonnollisesti; se ei vain supistu, vaan joskus jopa hehkuu. Mustan pisteen ympärille muodostuu kirkas halo, joka näkyy teleskoopin läpi. Monin tavoin mustien aukkojen luonne auttaa meitä ymmärtämään maailmankaikkeuden muodostumishistoriaa. Niiden keskellä on singulaarisuuspiste, joka on samanlainen kuin se, josta koko meitä ympäröivä maailma on aiemmin kehittynyt.

Ei tiedetä varmasti, mitä tapahtumahorisontin ylittävälle henkilölle voi tapahtua. Murskaako painovoima hänet vai päätyykö hän täysin eri paikkaan? Ainoa asia, jonka voi täysin varmuudella sanoa, on, että gargantua hidastaa aikaa ja jossain vaiheessa kellon osoitin pysähtyy lopullisesti ja peruuttamattomasti.

Mustat aukot eivät säteile valoa, joten ainoa tapa nähdä Gargantua on sen vaikutus muiden esineiden valoon. SISÄÄN Tähtienvälinen muita kohteita ovat akkrektiolevy (luku 9) ja galaksi, jossa se sijaitsee, mukaan lukien sumut ja runsas tähtikenttä. Yksinkertaisuuden vuoksi sisällytetään toistaiseksi vain tähdet.

Gargantua luo mustan varjon tähtikenttään ja myös taittaa valonsäteet jokaisesta tähdestä vääristäen kameran näkyvää tähtikuviota. Tämä vääristymä on gravitaatiolinssi, joka on kuvattu luvussa 3.

Kun kamera liikkuu Gargantuassa, tähdet näyttävät liikkuvan. Tämä liike yhdistettynä linssiin luo näyttävästi vaihtuvia valokuvioita. Joillakin alueilla tähdet virtaavat suurella nopeudella, toisilla ne virtaavat rauhallisesti, toisilla ne jäätyvät paikoilleen; katso video tämän kirjan sivulla osoitteessa Interstellar.withgoogle.com.

Tässä luvussa selitän kaikki nämä vivahteet, alkaen varjosta ja sen tulirenkaasta. Sitten kuvailen, kuinka kuvat mustasta aukosta todellisuudessa saatiin Tähtienvälinen.

Kuvataessani Gargantuaa tässä luvussa pidän sitä nopeasti pyörivänä mustana aukona, jonka sen on oltava, jotta miehistön aikahävikki taataan Kestävyys suhteessa maahan (luku 6). Kuitenkin nopean kierron tapauksessa massayleisöä saattaa hämmentää Gargantuan varjon vasemman reunan tasaisuus (kuva 8.1) ja eräät tähtien virtaus- ja akkretiolevyn erityispiirteet, joten Christopher Nolan ja Paul Franklin valitsivat alemman. kiertonopeus - 60 prosenttia maksimista - elokuvan Gargantua-kuville. Katso luvun 9 viimeinen osa.

Varoitus: Kolmen seuraavan osan selitykset saattavat vaatia paljon henkistä vaivaa; ne voidaan ohittaa menettämättä kirjan muun osan lankaa. Ei tarvitse huolehtia!

Varjo ja hänen tulisormuksensa

Pyörimätön mustan aukon linssi

Kun kamera liikkuu oikealle kiertoradalla (kuva 8.3), kameran näkemä tähtikuvio muuttuu kuvan 8.4 mukaisesti.

Kun kamera liikkuu oikealle, kuvat liikkuvat punaisia ja keltaisia käyriä pitkin.

Riisi. 8.4 Muuttuva tähtikuvio, jonka kamera näkee sen liikkuessa oikealle kiertoradalla kuvassa 8.3. [Mallinnut Alain Riazuelo; katso www2.iap.fr/users/riazuelo/interstellar.]

Nyt, jos olet valmis, mieti kuvassa 8.4 otettujen kuvien myöhempää liikettä.

Nopeasti pyörivä mustan aukon linssi: Gargantua

Gargantuan tapauksessa suihku (kuva 8.5) paljastaa kaksi Einstein-rengasta, jotka on esitetty vaaleanpunaisina käyrinä. Ulkorenkaan ulkopuolella tähdet virtaavat oikealle (esimerkiksi kahta punaista käyrää pitkin), kuten ei-pyörivän mustan aukon tapauksessa kuvassa 8.4. Tilallinen pyörre keskitti kuitenkin virtauksen kapeiksi nopeiksi raidoiksi reiän varjon takareunaa pitkin, jotka kaartuivat jyrkästi päiväntasaajalla. Pyörre aiheutti myös turbulenssia suihkussa (suljetut punaiset käyrät).

Gargantuan taivaalla on kaksi hyvin erityistä tähteä painovoimalinssin ollessa pois päältä. Toinen sijaitsee tarkalleen Gargantuan pohjoisnavan yläpuolella, toinen tarkalleen sen etelänavan alapuolella. Nämä ovat analogeja Pohjantähdestä, joka sijaitsee täsmälleen Maan pohjoisnavan yläpuolella. Laitoin viisisakaraiset tähdet Gargantuan napatähtien ensisijaisiin (punaisiin) ja toissijaisiin (keltaisiin) kuviin. Kaikki tähdet maan taivaalla näyttävät kiertävän Pohjantähden ympärillä, kun maapallon pyöriminen vetää meidät ympyrään. Vastaavasti Gargantuassa kaikki ensisijaiset tähtikuvat pyörivät napatähtien punaisten kuvien ympärillä kameran liikkuessa reiän kiertoradalla, mutta niiden kiertoradat (esimerkiksi kaksi punaista turbulenssikäyrää) vääristyvät suuresti spatiaalisen pyörteen ja gravitaatiolinssi. Samoin kaikki toissijaiset tähtikuvat kiertävät keltaisia napatähtikuvia (esim. kahta vääristynyttä keltaista käyrää pitkin).

Black Hole- ja Wormhole -visuaalisten tehosteiden luominen Tähtienvälinen

Menin kiihkeään työskentelyyn tiiviissä päätutkijan Oliver Jamesin kanssa. Oliver ja minä puhuimme puhelimessa ja Skypessä, vaihdoimme sähköposteja ja tiedostoja ja tapasimme henkilökohtaisesti Los Angelesissa ja hänen toimistossaan Lontoossa. Oliverilla on optiikka ja atomifysiikka ja hän ymmärtää Einsteinin suhteellisuuslakeja, joten puhuimme samaa teknistä kieltä.

Jotkut fyysikkokollegani ovat jo tehneet tietokonemalleja siitä, mitä tarkkailija näkisi kiertäessään mustaa aukkoa tai jopa pudotessaan siihen. Huippuasiantuntijat olivat Alain Riazuelo Institut d'Astrophysiquesta Pariisista ja Andrew Hamilton Colorado Boulderin yliopistosta. Andrew loi videon mustista aukoista, jota näytetään planetaarioissa ympäri maailmaa, ja Alain simuloi mustia aukkoja, jotka pyörivät erittäin, erittäin nopeasti, kuten Gargantua.

Kun minulla oli nämä yhtälöt, kokeilin niitä itse käyttämällä ystävällistä ohjelmistoa nimeltä Mathematica. Vertailin Mathematica-tietokonekoodini tuottamia kuvia Alain Riazuelon kuviin, ja kun he suostuivat, olin innoissani. Kirjoitin sitten yksityiskohtaiset kuvaukset yhtälöistäni ja lähetin ne Mathematica-koodini kanssa Oliverille Lontooseen.

Double Negativessa Oliverin tietokonekoodi oli vasta alkua. Hän luovutti sen Eugenie von Tanzelmannin johtamalle taideryhmälle, joka lisäsi akkretiolevyn (luku 9) ja loi taustagalaksin tähtien ja sumujen kanssa, jotka Gargantua-linssi vääristäisi. Hänen tiiminsä lisäsi sitten Kestävyys, Rangers and Landers ja kameraanimaatio (muuttavat liikettä, suuntaa, näkökenttää jne.) ja muovasivat kuvat erittäin vakuuttaviin muotoihin: uskomattomiksi kohtauksiksi, jotka näkyvät elokuvassa. Jatkuu luvussa 9.

Gravity-siltojen ulkonäkö

Kuva 8.7. Gravitaatiohihna ChDSM:n ympärillä Gargantuan taustaa vasten [Oma malli ja renderöinti.]

Musta aukko syntyy supermassiivisen tähden romahtamisen seurauksena, jonka ytimestä loppuu "polttoaine" ydinreaktio. Kun ydin puristuu, ytimen lämpötila nousee ja fotonit, joiden energia on yli 511 keV, törmäävät ja muodostavat elektroni-positroniparia, mikä johtaa katastrofaaliseen paineen laskuun ja tähden romahtamiseen edelleen sen vaikutuksesta. omaa painovoimaa.

Astrofyysikko Ethan Siegel julkaisi artikkelin "The Largest Black Hole in the Known Universe", jossa hän keräsi tietoa mustien aukkojen massasta eri galakseissa. Mietin vain: missä niistä on massiivisin?

Koska tiheimmät tähtijoukot ovat galaksien keskellä, nyt lähes jokaisen galaksin keskellä on massiivinen musta aukko, joka muodostui monien muiden fuusioitumisen jälkeen. Esimerkiksi keskustassa Linnunrata siellä on musta aukko, jonka massa on noin 0,1 % galaksimme massasta, eli 4 miljoonaa kertaa Auringon massa.

On erittäin helppoa määrittää mustan aukon olemassaolo tutkimalla tähtien liikerataa, joihin näkymätön kappaleen painovoima vaikuttaa.

Mutta Linnunrata on suhteellisen pieni galaksi, jolla ei voi mitenkään olla suurinta mustaa aukkoa. Esimerkiksi lähellä meistä Neitsyt-joukossa on jättiläinen galaksi nimeltä Messier 87 - se on noin 200 kertaa suurempi kuin meidän.

Joten tämän galaksin keskustasta purskahtaa esiin noin 5000 valovuoden mittainen ainevirta (kuvassa). Se on hullu anomalia, kirjoittaa Ethan Siegel, mutta se näyttää erittäin mukavalta.

Tutkijat uskovat, että vain musta aukko voi selittää tällaisen "purkauksen" galaksin keskustasta. Laskelmat osoittavat, että tämän mustan aukon massa on noin 1500 kertaa suurempi kuin Linnunradan mustan aukon massa, eli noin 6,6 miljardia auringon massaa.

Mutta missä on maailmankaikkeuden suurin musta aukko? Jos oletetaan, että melkein jokaisen galaksin keskustassa on sellainen esine, jonka massa on 0,1% galaksin massasta, meidän on löydettävä massiivisin galaksi. Tiedemiehet voivat myös vastata tähän kysymykseen.

Massiivisin tuntemamme galaksi on IC 1101 Abell 2029 -klusterin keskustassa, joka on 20 kertaa kauempana Linnunradalta kuin Neitsyt-joukko.

IC 1101:ssä etäisyys keskustasta kaukaisimpaan reunaan on noin 2 miljoonaa valovuotta. Sen koko on kaksi kertaa Linnunradan ja lähimmän Andromedan galaksin välinen etäisyys. Massa on melkein yhtä suuri kuin koko Neitsyt-joukon massa!

Jos IC 1101:n keskellä on musta aukko (ja sen pitäisi olla), se voi olla tunnetun maailmankaikkeuden massiivinen.

Ethan Siegel sanoo, että hän saattaa olla väärässä. Syynä on ainutlaatuinen galaksi NGC 1277. Tämä ei ole kovin suuri galaksi, hieman pienempi kuin meidän. Mutta sen pyörimisen analyysi osoitti uskomattoman tuloksen: keskellä oleva musta aukko on 17 miljardia auringon massaa, ja tämä on jopa 17% galaksin kokonaismassasta. Tämä on ennätys mustan aukon massan suhteesta galaksin massaan.

Tunnetun universumin suurimman mustan aukon rooliin on toinen ehdokas. Hän näkyy seuraavassa kuvassa.

Outoa esinettä OJ 287 kutsutaan blazariksi. Blazarit ovat ekstragalaktisten esineiden erityinen luokka, eräänlainen kvasaari. Niille on ominaista erittäin voimakas päästö, joka EYVL 287:ssä vaihtelee 11–12 vuoden syklin mukaan (kaksinkertainen huippu).

Astrofyysikkojen mukaan OJ 287 sisältää supermassiivisen keskellä olevan mustan aukon, jota kiertää toinen pienempi musta aukko. Auringon massaltaan 18 miljardia, keskellä sijaitseva musta aukko on suurin tähän mennessä tunnettu.

Tämä mustien aukkojen pari on yksi parhaista testattavista kokeista yleinen teoria suhteellisuusteoria, nimittäin yleisessä suhteellisuusteoriassa kuvattu aika-avaruuden muodonmuutos.

Relativistisista vaikutuksista johtuen mustan aukon perihelion, eli sen kiertoradan pisteen, joka on lähinnä keskimustaa aukkoa, pitäisi siirtyä 39° kierrosta kohden! Vertailun vuoksi Merkuriuksen periheli on siirtynyt vain 43 kaarisekuntia vuosisadassa.

Filmissä madonreiän säde on 1 kilometri, kourun pituus 10 metriä, linssin säde on 50 metriä suurempi kuin reikä.

Madonreikä on epävakaa ja haluaa todella sulkeutua ja muuttua kahdeksi mustaksi aukoksi.

Mitä pidempi madonreikä on, sitä sumeampia kopioita reiän takana olevista esineistä tulee näkyviin, koska valolla on useampia tapoja päästä silmään (reikään voi mennä sisään eri kulmista ja poistua samasta kohdasta).

Jotta madonreikä pysyisi auki, tarvitset paljon eksoottista ainetta, jolla on negatiivinen massa, jotta se työntää kaiken vastakkaisen puolen ulos reiästä. Tällainen aine voi teoriassa olla olemassa, mutta sen löytäminen riittävinä määrinä tukemaan reikää on epärealistista.

Mutta madonreikien sulkemiseen on toinenkin vaihtoehto: sinun on käytettävä viidennen ulottuvuuden gravitaatiovoimia. Jos neliulotteinen esine tunkeutuu kolmiulotteiseen avaruuteen, se luo siihen hyvin outoja voimia, jotka ovat erilaisia kuin mikään muu. Joten niitä käytetään pitämään madonreikä.

Gargantua ulkona

Tämä massa riittää estämään Millerin planeetan vuorovesivoimat repeämästä sitä kahtia.

Endurance on pysäköity 10 AU:n etäisyydelle ja kiertää nopeudella c/3 (100 000 km/s), vastakkaiseen suuntaan kuin Gargantuan kierto.

Reiän kuva:

Gargantua on litistetty vasemmalta, koska se pyörii vasemmalta oikealle (suhteessa kameraan) ja pyörimissuuntaan liikkuvalla valolla on paremmat mahdollisuudet jäädä imeytymättä tapahtumahorisonttiin.
Jokaisella mustan aukon takana olevalla tähdellä on kuvassa kaksi kuvaa: normaali, kaukana reiästä oleva, saadaan painovoiman vaikutuksesta hieman taipuneesta valosta. Ja toiseksi, Einstein-pallon sisällä, pallo, joka taittaa kaiken erittäin voimakkaasti, koska se on lähellä reikää. Reiän pyörimiseen liittyy vielä muutama ominaisuus, mutta minun on vaikea selittää niitä, koska optiikka ei ole paras puoleni.

Jotta accretion kiekko ei paistaisi kaikkia elossa kaikilla mahdollisilla säteillä, se tehtiin vain muutaman tuhannen asteen lämpötilassa, kuten Aurinko, se lähettää valoa ja hyvin vähän gamma- ja röntgensäteitä. Juuri levyn heikkouden vuoksi plasmasäteet eivät puhkea ulos Gargantuasta etelä- ja pohjoisnavalta, kuten kvasaarista. Tämä on mahdollista, jos reikä ei "syönyt" muita planeettoja pitkään aikaan.

Kuvissa hehkuu akkretion kaasulevy.
Ja se näyttää helvetiltä, ymmärrä mitä, koska gravitaatiolinssien ansiosta levyn pala juuri tämän reiän takana näkyy mustan aukon ylä- ja alapuolella.

Hyvin lähellä Gargantuan tapahtumahorisonttia on kaksi painovoiman ja keskipakovoiman tasapainon muodostamaa kriittistä kiertorataa.
Mannin planeetta liikkuu toista pitkin ja Endurance elokuvan lopussa liikkuu toista pitkin.

Viisiulotteinen avaruus

Jos viides (sekä kuudes, seitsemäs jne.) ulottuvuus on olemassa, ne on rullattava tai puristettava hyvin nopeasti, muuten painovoima kolmesta ulottuvuudestamme etenee muiden, ei 1/r^2, lakien mukaan.

Interstellar-avaruus koostuu kolmesta kolmiulotteisesta braanista neliulotteisessa anti-de Sitter -avaruudessa. Braanimme ylä- ja alapuolella on rajoittavia braneja; niitä tarvitaan, jotta hyperavaruus kaareutuu kerrosten väliin ja jotta voimien, erityisesti painovoiman, leviämisen inhimillisiä lakeja ei rikota. Joten yleensä voit tehdä viidennen ulottuvuuden auki, eikä kierrettynä putkeen.

Hyperavaruus on kaareva näiden braanien välillä ja ylemmässä tai alemmassa braanissa mitattu etäisyys tulee olemaan paljon lyhyempi kuin braanissamme. Näiden braanien välisen etäisyyden tulisi olla 1,5 senttimetriä - tämä riittää etäisyydelle ylemmän braanin välillä Maan ja Braanin välillä. Gargantuan olevan yhtä suuri kuin 1AE, ja braanissamme havaittiin Newtonin painovoimalakeja.

Laskeutuaksesi Miller-planeetalle, joka pyörii 0,55 c:n nopeudella, sinun on suoritettava kaksi gravitaatioliikettä: ensin pysäytettävä Rangerin pyöriminen kokonaan, jotta reikä vetää laivaa, ja ennen Miller-planeetta pudotetaan toinen c/4-nopeus ja maa.

Kuinka tehdä se? Tämä ei näy elokuvassa, mutta Kip ehdottaa, että ainakin kaksi muuta pientä, Maan kokoista mustaa aukkoa, täytyy kiertää Gargantuan ympärillä. Vain päästämällä tällaisten reikien painovoimaan voit hidastaa niin paljon etkä tappaa laivan miehistöä. Samaan aikaan Cooper sanoo elokuvassa, että hänen täytyy liikkua hermotähden, ei mustan aukon, ympäri (en rehellisesti sanottuna muista tätä lausetta).

Millerin planeetan aallot johtuvat planeetan "keinumisesta" edestakaisin suhteessa akseliin, joka on kohtisuorassa Gargantuaan nähden. Kuten tsunami.

Planet Miller tulisi sijaita akkretiolevyn ja Gargantuan välissä. Mutta Nolan päätti olla ampumatta loppua ja lavasti planeetan, jonka tiedät. Planeetta lämmittää akkretiolevyllä.

Mannin planeetta liikkuu hyvin vinossa kiertoradalla nopeudella c/20.

Päästäkseen Mannan planeetalle Cooperin täytyi suorittaa kaksi gravitaatioliikettä: Gargantuaa kiertävän pienen mustan aukon ympäri, sitten lentää Mannan planeetalle c/2-nopeudella ja muutaman kiertoradan jälkeen laskea nopeus c/20:een.

Manna-planeetan pilvet koostuvat hiilidioksidin "kuivasta jäästä". Pinnalla on tavallista jäätä. Kun Manna-planeetta lentää lähemmäksi Gargantuaa ja sen kiekkoa, hiilidioksidi haihtuu - muodostuu pilviä.

Lentäminen kohti mustaa aukkoa

Kuinka Cooper otti putoavan Endurancen? Veti hänet tarpeeksi korkealle, jotta Gargantuan painovoima veti hänet ja Cooperin kriittiselle kiertoradalle. Älä unohda, että kun Endurance putoaa Manna-planeetalle, planeetta on hyvin lähellä Gargantuaa.

Kriittinen kiertorata, joka Cooper ohjaa laivaa Gargantuan ympäri, on kenttä, jossa aluksen pois kiertoradalta työntävä keskipakovoima ja aluksen reikään vetävä painovoima kohtaavat. Tällä kiertoradalla voit pyöriä Gargantuan ympäri ikuisesti, mutta yhdellä ehdolla: et voi liikkua askeltakaan pois kiertoradalta, koska laiva joko heitetään pois Gargantualta tai se putoaa mustaan aukkoon. Tämä kiertorata on epävakaa. On syytä sanoa, että Millerin kiertorata on täsmälleen sama, mutta vakaa, siitä on vaikea lähteä.