Προσομοίωση στρεβλωμένου χωροχρόνου γύρω από συγκρουόμενες μαύρες τρύπες από το LIGO

Μια προσομοίωση που δείχνει τη στρέβλωση του χωροχρόνου γύρω από δύο συγκρουόμενες μαύρες τρύπες, οι οποίες παρατηρήθηκαν από το παρατηρητήριο LIGO στις 14 Σεπτεμβρίου, 2015. Το LIGO ανίχνευσε βαρυτικά κύματα που δημιουργήθηκαν από την συγχώνευση τους – και που η ανθρωπότητα για πρώτη φορά ήρθε σε επαφή με τα κύματα βαρύτητας και τις συγκρούσεις μαύρων οπών. Τα βαρυτικά κύματα είναι κυματισμοί στον ιστό του χωροχρόνου. 

Η σύγκρουση και οι άγριες ​​ταλαντώσεις αποτελούν μια «καταιγίδα» στον ιστό του χώρου και του χρόνου, μία εξαιρετικά ισχυρή, αλλά σύντομη καταιγίδα. Κατά τη διάρκεια της καταιγίδας, η ισχύς που εξέρχεται από τα βαρυτικά κύματα είναι πολύ μεγαλύτερη από τη φωτεινότητα όλων των άστρων μαζί στο δικό μας σύμπαν. Με άλλα λόγια, αυτή η σύγκρουση των δύο μαύρων οπών που κάθε μία έχει το μέγεθος μιας μεγάλης πόλης στη Γη, είναι η πιο ισχυρή έκρηξη που οι αστρονόμοι έχουν δει ποτέ, εκτός από τη γέννηση του σύμπαντος μας στο Big Bang.

Η έγχρωμη επιφάνεια είναι ο χώρος του σύμπαντος μας, όπως φαίνεται από ένα υποθετικό, επίπεδο, υψηλότερων διαστάσεων σύμπαν, στο οποίο είναι ενσωματωμένο το δικό μας σύμπαν. Το σύμπαν μας μοιάζει με ένα στρεβλό δισδιάστατο φύλλο, επειδή μία από τις τρεις διαστάσεις του χώρου του έχει αφαιρεθεί. Γύρω από κάθε μαύρη τρύπα, ο χώρος κάμπτεται προς τα κάτω σε ένα σχήμα χοάνης, μια στρέβλωση που παράγεται από την τεράστια μάζα της μαύρης τρύπας. 

Κοντά στις μαύρες τρύπες, τα χρώματα απεικονίζουν το ρυθμό με τον οποίο ρέει ο χρόνος. Στις πράσινες περιοχές έξω από τις οπές, ο χρόνος ρέει στον κανονικό ρυθμό του. Στις κίτρινες περιφέρειες, επιβραδύνεται κατά 20 ή 30 τοις εκατό. Στις κόκκινες περιοχές, ο χρόνος επιβραδύνεται εξαιρετικά. Μακριά από τις τρύπες, οι μπλε και μοβ λωρίδες απεικονίζουν τα εξερχόμενα κύματα βαρύτητας, που παράγονται από την τροχιακή κίνηση και σύγκρουση των μαύρων οπών. 

Ο χώρος του σύμπαντος μας, όπως φαίνεται από το υποθετικό υψηλότερων διαστάσεων σύμπαν, σύρεται σε κίνηση από την τροχιακή κίνηση των μαύρων οπών, και από τη βαρύτητα τους και από το σπιν τους. Αυτή η κίνηση του χώρου απεικονίζεται από τα ασημί βέλη και αναγκάζει το επίπεδο της τροχιάς να κάνει την μετάπτωση σταδιακά, όπως φαίνεται στο βίντεο. 

Άνω αριστερά είναι ο χρόνος, όπως μετράται από ένα υποθετικό πρόσωπο κοντά στις μαύρες τρύπες (αλλά όχι τόσο κοντά που να είναι ο χρόνος στρεβλωμένος). Το κάτω τμήμα της ταινίας δείχνει την κυματομορφή, ή το σχήμα του κύματος, των εκπεμπόμενων κυμάτων βαρύτητας. 

Τα κύματα βαρύτητας μεταφέρουν ενέργεια, αναγκάζοντας τις μαύρες τρύπες να κινούνται σπειροειδώς προς τα μέσα και να συγκρούονται. Η ταινία μεταβαίνει σε αργή κίνηση όσο πλησιάζει η σύγκρουση, και διακόπτεται στη στιγμή που οι επιφάνειες των μαύρων οπών (οι  “ορίζοντές” τους) αγγίζουν η μία την άλλη. Στην παύση, ο χώρος είναι πάρα πολύ παραμορφωμένος. Μετά την παύση, και πάλι βλέπουμε σε αργή κίνηση, τα σχήματα του χώρου και του χρόνου να ταλαντώνονται για λίγο, αλλά άγρια, και στη συνέχεια να βρεθούν σε μια κατάσταση ηρεμίας αλλά μιας νέας μαύρης τρύπας. Επιστρέφοντας στην γρήγορη κίνηση, βλέπουμε τα βαρυτικά κύματα από τη σύγκρουση, να διαδίδονται έξω στο σύμπαν. 

Πηγή: LIGO