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在弯曲思维的美国宇航局动画中掉进一个黑洞（视频）
By Robert Lea
published 22 hours ago
Black Holes

“如果你有选择，你要掉进一个超大质量黑洞”。

如果你从来好奇过如果你足够不幸掉进一个黑洞会发生什么，美国宇航局有你的答案。

周一（5月6日），在一个美国宇航局超级计算机上创作的来庆祝黑洞周的可视化开始将观众带入一个单向坠落进一个黑洞的事件地平线外。

黑洞的这个外部边界标志着一个在这个点上甚至光的移动不足够快来逃脱黑洞的强烈引力拉力的点。这意味着在黑洞中心外被一个金环标志的事件地平线是一个不归的点，穿过它从来没有任何遥远的观察者能恢复信息。

在第二个仿真中，我们反而围绕事件地平线飞行，在这个过程中挑战我们的时间和空间的非常概念。

由美国宇航局创建的来标志黑洞周的一个黑洞的可视化方法。 (Image credit: NASA's Goddard Space Flight Center/J. Schnittman and B. Powell)

可视化的创造者美国宇航局戈达德太空飞行中心马里兰州格林贝尔特的天体物理学家杰里米•施尼特曼（Jeremy Schnittman）在一份声明中说，“人们往往问关于这个问题，仿真这些难以想象的过程帮助我将相对论的数学与真实宇宙中的实际后果联系起来”。

“因此我仿真了两种不同的场景，一个是一台相机——一个大胆的宇航员的替身——刚好错过事件地平线并弹弓弹出，另一个是它越过密封它的命运的边界。
坠入一个黑洞

我们作为美国宇航局仿真的观望者正在坠入有一个约为太阳的质量4.3 倍的黑洞。这使得它成为一个超大质量黑洞，类似于银河系中心的黑洞人马座A*（Sgr A*），它被估计在这个质量附近。其他超大质量黑洞的质量要大得多，有些相当于数十亿个太阳。

有趣的是如果你有跌进哪个黑洞的选择，越大越好。

施尼特曼说，“如果你有选择，你想掉进一个超大质量黑洞，恒星质量的黑洞包含多达30个太阳质量，拥有远更小的事件地平线和更强的潮汐力，这能在它们到达地平线之前撕裂开走近的天体”。

落向黑洞的中心它的奇点，引力的力增加潮汐力如此强烈以至于一个天体被垂直拉伸并水平挤压。这导致这个天体无论是一颗恒星还是一个宇航员都被变成一根面条或“意大利面条”。毫不奇怪，这个过程会杀死任何体验它的人。

一个黑洞有的质量越大，它的事件地平线位于离它的奇点越远。这意味着对一个超大质量黑洞，一个坠落的宇航员将有在遇到他们的可怕的命运之前通过事件地平线的机会。

仿真开始于距离我们的目标约4亿英里（6.4亿公里）远处，因为我们以接近光速竞速进超大质量黑洞。随黑洞充满我们的观望，来自它周围物质的光变得更强烈。

更接近我们的目的地，随超大质量黑洞对空时的翘曲引力效应背景恒星的非常观望变化，因此，来自背景源的光变得明显的。紧挨着黑洞的周围是一个光环，由于黑洞用它的巨大质量创造的极端空间曲率环绕着黑洞的一个环。

在到达事件地平线和光子环之前，坠落的宇航员遭遇一团扁平的叫吸积盘的炽热发光气体云，这逐渐为黑洞提供能量。这起一个我们旅程的参考点的作用。

人马座A*的图像，这是银河系中心的超大质量黑洞，类似于美国宇航局最近仿真中的黑洞。 (Image credit: EHT Collaboration)

这个仿真的超大质量黑洞的事件地平线给它一个约为1600万英里（2500万公里）的宽度，约为地球和太阳之间距离的17%。

在黑洞的两个轨道期间实时持续约3小时30分钟后，我们到达它的事件地平线。这标志着任何远处观察者观望我们下降将能看到我们的最后一点。他们将永远看到我们的图像在事件地平线的边缘，被冻结。

一旦越过事件地平线，它就是一个旅行到黑洞中心奇点的单程旅行，黑洞是无穷小无限密度的点，在这个点上已知宇宙的所有物理学都崩溃。

不过我们永远不会到达那里。在穿越事件地平线仅12.8秒后，我们和我们的相机就被意大利面条化而我们距离奇点还有79500英里（128000公里）。

第二个视频给我们一个来避免这种命运的机会。

在这个仿真中，不是落入黑洞而是我们接近事件地平线但从未越过它。这需要我们围绕这个黑洞六个小时的往返旅行。如果我们回到我们附近的母舰，超大质量黑洞的空间和时间的翘曲效应将意味着我们的同伴宇航员已经比我们更老了大约36分钟。

施尼特曼说，“这种情况能甚至更极端的，如果黑洞像2014年电影《星际穿越》中那样快速旋转，她回来会比她的同伴更年轻很多岁”。
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黑洞之旅和坠入黑洞的仿真被用位于美国宇航局气候仿真中心的发现超级计算机创建。这台超级计算机产生了一个惊人的10TB数据，美国宇航局说这相当于美国国会图书馆文本的一半。

仿真在发现上运行了五天，占超级计算机129000个处理器中的0.35个。商用笔记本电脑大约需要 10 年才能创建相同的仿真。

就像超大质量黑洞的事件地平线标志着它的外部边界一样，这些令人惊叹的仿真标志着一个为期五天的过黑洞周旅程的开始，承诺（以一种好的方式）来伸展和挤压我们的思维。
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