I denna ram från den nya visualiseringen, ett supermassivt svart hål som väger 200 miljoner solmassor ligger i förgrunden. Dess gravitation förvränger ljuset från ackretionsskivan i ett mindre svart hål nästan direkt bakom det, skapa denna surrealistiska syn. Olika färger för accretion-skivorna gör det lättare att spåra bidragen från var och en. Kredit:NASA:s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman och Brian P. Powell
Ett par kretsande svarta hål miljoner gånger solens massa utför en hypnotisk pas de deux i en ny NASA-visualisering. Filmen spårar hur de svarta hålen förvränger och omdirigerar ljus som kommer från malströmmen av het gas - kallad en ackretionsskiva - som omger var och en.
Sett från nära omloppsplanet, varje accretion-skiva får ett karakteristiskt dubbelpuckelt utseende. Men när den ena passerar framför den andra, gravitationen av det svarta hålet i förgrunden förvandlar dess partner till en snabbt föränderlig sekvens av bågar. Dessa förvrängningar utspelar sig när ljuset från båda skivorna navigerar i det trassliga tyget av rum och tid nära de svarta hålen.
"Vi ser två supermassiva svarta hål, en större med 200 miljoner solmassor och en mindre följeslagare som väger hälften så mycket, sa Jeremy Schnittman, en astrofysiker vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, vem som skapade visualiseringen. "Det här är den sortens binära system för svarta hål där vi tror att båda medlemmarna kan upprätthålla ackretionsskivor som håller i miljontals år."
Accretionskivorna har olika färger, röd och blå, för att göra det lättare att spåra ljuskällorna, men valet speglar också verkligheten. Varmare gas avger ljus närmare den blå änden av spektrumet, och material som kretsar kring mindre svarta hål upplever starkare gravitationseffekter som ger högre temperaturer. För dessa massor, båda ackretionsskivorna skulle faktiskt avge det mesta av sitt ljus i UV, med den blå skivan som når en något högre temperatur.
Visualiseringar som denna hjälper forskare att föreställa sig de fascinerande konsekvenserna av den extrema gravitationens funhouse-spegel. Den nya videon dubblerar på en tidigare som Schnittman producerade som visar ett ensamt svart hål från olika vinklar.
Sett nästan kantvis, Accretion-skivorna ser märkbart ljusare ut på ena sidan. Gravitationsförvrängning ändrar vägarna för ljus som kommer från olika delar av skivorna, producerar den skeva bilden. Gasens snabba rörelse nära det svarta hålet modifierar skivans ljusstyrka genom ett fenomen som kallas dopplerförstärkning - en effekt av Einsteins relativitetsteori som ljusnar upp sidan som roterar mot betraktaren och dämpar sidan som snurrar bort.
En vy framifrån av systemet framhäver det mindre svarta hålets förvrängda bild (infälld) av dess större följeslagare. För att nå kameran, det mindre svarta hålet måste böja ljus från sin röda följeslagare med 90 grader. Accretion-skivan för denna sekundära bild visas som en linje, vilket innebär att vi ser en kantvy av den röda följeslagaren - samtidigt som vi ser den från ovan. En sekundär bild av den blå skivan bildas också precis utanför den ljusa ringen av ljus närmast det större svarta hålet, för. Kredit:NASA:s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman och Brian P. Powell
Visualiseringen visar också ett mer subtilt fenomen som kallas relativistisk aberration. De svarta hålen verkar mindre när de närmar sig betraktaren och större när de flyttar bort.
Dessa effekter försvinner när man tittar på systemet uppifrån, men nya funktioner dyker upp. Båda svarta hålen producerar små bilder av deras partner som kretsar runt dem varje bana. Ser man närmare, det är tydligt att dessa bilder faktiskt är kantvyer. För att producera dem, ljuset från de svarta hålen måste omdirigeras 90 grader, vilket innebär att vi observerar de svarta hålen från två olika perspektiv – ansikte på och kant på – samtidigt.
"En slående aspekt av denna nya visualisering är den självliknande karaktären hos bilderna som produceras av gravitationslinser, ", förklarade Schnittman. "Att zooma in i varje svart hål avslöjar flera, alltmer förvrängda bilder av sin partner."
Schnittman skapade visualiseringen genom att beräkna vägen som ljusstrålar från ackretionsskivorna tog när de tog sig igenom den skeva rumtiden runt de svarta hålen. På en modern stationär dator, de beräkningar som krävs för att göra filmramarna skulle ha tagit ungefär ett decennium. Så Schnittman slog sig ihop med Goddards dataforskare Brian P. Powell för att använda superdatorn Discover vid NASA Center for Climate Simulation. Använder bara 2 % av Discovers 129, 000 processorer, dessa beräkningar tog ungefär en dag.
Astronomer förväntar sig att inom en inte alltför avlägsen framtid, de kommer att kunna upptäcka gravitationsvågor – krusningar i rum-tid – som produceras när två supermassiva svarta hål i ett system ungefär som det Schnittman avbildade spiralformar ihop och smälter samman.
