Bạn đã bao giờ tự hỏi điều gì sẽ xảy ra khi bạn rơi vào hố đen? Giờ đây, nhờ một hình ảnh mới, nhập vai được tạo ra trên siêu máy tính NASA, người xem có thể lao vào chân trời sự kiện, điểm không thể quay trở lại của lỗ đen.

Các hình ảnh trực quan có sẵn trong nhiều hình thức. Các video giải thích đóng vai trò là hướng dẫn tham quan, làm sáng tỏ những hiệu ứng kỳ lạ của thuyết tương đối rộng của Einstein. Các phiên bản được hiển thị dưới dạng video 360 độ cho phép người xem nhìn xung quanh trong suốt chuyến đi, trong khi những phiên bản khác phát dưới dạng bản đồ toàn bầu trời phẳng.

Để tạo ra các hình ảnh trực quan, Schnittman đã hợp tác với nhà khoa học Goddard Brian Powell và sử dụng siêu máy tính Khám phá tại Trung tâm Mô phỏng Khí hậu của NASA. Dự án đã tạo ra khoảng 10 terabyte dữ liệu – tương đương với khoảng một nửa nội dung văn bản ước tính trong Thư viện Quốc hội – và mất khoảng 5 ngày chỉ chạy trên 0,3% trong số 129.000 bộ xử lý của Discover. Kỳ tích tương tự sẽ mất hơn một thập kỷ trên một máy tính xách tay điển hình.

Điểm đến là một lỗ đen siêu lớn với khối lượng gấp 4,3 triệu lần Mặt trời của chúng ta, tương đương với con quái vật nằm ở trung tâm thiên hà Milky Way của chúng ta.

“Nếu bạn có sự lựa chọn, bạn muốn rơi vào một lỗ đen siêu lớn”, Schnittman giải thích. “Các lỗ đen khối lượng sao, chứa tới khoảng 30 khối lượng mặt trời, sở hữu chân trời sự kiện nhỏ hơn nhiều và lực thủy triều mạnh hơn, có thể xé toạc các vật thể đang đến gần trước khi chúng đến đường chân trời.”

Điều này xảy ra bởi vì lực hấp dẫn ở đầu của một vật thể gần lỗ đen mạnh hơn nhiều so với lực hấp dẫn ở đầu kia. Các vật thể rơi xuống trải dài như mì, một quá trình mà các nhà vật lý thiên văn gọi là spaghettification.

Chân trời sự kiện của lỗ đen mô phỏng kéo dài khoảng 16 triệu dặm (25 triệu km), hoặc khoảng 17% khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời. Một đám mây phẳng, xoáy khí nóng, phát sáng được gọi là đĩa bồi tụ bao quanh nó và phục vụ như một tài liệu tham khảo trực quan trong mùa thu. Các cấu trúc phát sáng được gọi là vòng photon cũng vậy, hình thành gần lỗ đen hơn từ ánh sáng đã quay quanh nó một hoặc nhiều lần. Một phông nền của bầu trời đầy sao khi nhìn từ Trái đất hoàn thành cảnh.

Khi máy ảnh tiếp cận lỗ đen, đạt tốc độ gần hơn với tốc độ ánh sáng, ánh sáng từ đĩa bồi tụ và các ngôi sao nền trở nên khuếch đại theo cách tương tự như âm thanh của một chiếc xe đua đang tới tăng cao độ. Ánh sáng của chúng có vẻ sáng hơn và trắng hơn khi nhìn vào hướng di chuyển.

Các bộ phim bắt đầu với máy ảnh nằm cách xa gần 400 triệu dặm (640 triệu km), với lỗ đen nhanh chóng lấp đầy tầm nhìn. Trên đường đi, đĩa của lỗ đen, các vòng photon và bầu trời đêm ngày càng bị biến dạng và thậm chí tạo thành nhiều hình ảnh khi ánh sáng của chúng đi qua không-thời gian ngày càng cong vênh.

Trong thời gian thực, máy ảnh mất khoảng 3 giờ để rơi xuống đường chân trời sự kiện, thực hiện gần hai quỹ đạo hoàn chỉnh 30 phút trên đường đi. Nhưng đối với bất cứ ai quan sát từ xa, nó sẽ không bao giờ hoàn toàn đến đó. Khi không-thời gian trở nên méo mó hơn bao giờ hết gần đường chân trời, hình ảnh của máy ảnh sẽ chậm lại và sau đó dường như đóng băng chỉ vì nó. Đây là lý do tại sao các nhà thiên văn học ban đầu gọi lỗ đen là “ngôi sao đóng băng”.

Tại chân trời sự kiện, ngay cả không-thời gian cũng tự chảy vào bên trong với tốc độ ánh sáng, giới hạn tốc độ vũ trụ. Khi vào bên trong nó, cả máy ảnh và không-thời gian mà nó đang di chuyển đều lao về phía trung tâm của lỗ đen – một điểm một chiều được gọi là điểm kỳ dị, nơi các định luật vật lý như chúng ta biết ngừng hoạt động.

“Một khi máy ảnh vượt qua đường chân trời, sự phá hủy của nó bằng cách spaghettification chỉ còn 12,8 giây”, Schnittman nói. Từ đó, nó chỉ là 79.500 dặm (128.000 km) đến điểm kỳ dị. Chặng cuối cùng của chuyến đi này đã kết thúc trong chớp mắt.

Trong kịch bản thay thế, máy ảnh quay quanh gần chân trời sự kiện nhưng nó không bao giờ vượt qua và trốn thoát đến nơi an toàn. Nếu một phi hành gia lái tàu vũ trụ trong chuyến đi khứ hồi kéo dài 6 giờ này trong khi các đồng nghiệp của cô ấy trên tàu mẹ vẫn ở xa lỗ đen, cô ấy sẽ trở lại trẻ hơn 36 phút so với các đồng nghiệp của mình. Đó là bởi vì thời gian trôi qua chậm hơn gần một nguồn hấp dẫn mạnh và khi di chuyển gần tốc độ ánh sáng.

“Tình trạng này có thể còn cực đoan hơn”, Schnittman lưu ý. “Nếu lỗ đen quay nhanh, giống như trong bộ phim ‘Interstellar’ năm 2014, nó sẽ trở lại trẻ hơn nhiều tuổi so với các bạn cùng tàu.”

Theo: New black hole visualization takes viewers beyond the brink (phys.org)