Was bedeutet diese Darstellung eines Schwarzen Lochs im Film Interstellar?

Beachten Sie zunächst, dass dies ein fiktiver Film ist und das Bild ein künstlerischer Eindruck ist, keine detaillierte Simulation. Die Öffentlichkeit scheint zu denken, dass der Film eine Art fiktiver Dokumentarfilm ist, was er nie behauptet hat. Allerdings vermittelt das Bild qualitativ etwas von dem, was in der Nähe eines Schwarzen Lochs passiert.

Die Diagonalscheibe ist die Akkretionsscheibe – hier dringt die Materie aufgrund von Schwerkraft, Reibung und elektromagnetischen Kräften spiralförmig nach innen ein. Es leuchtet, weil es sehr heiß ist.

Der kreisförmige Ring ist das Ergebnis der Schwerkraft, die das von der anderen Seite der Akkretionsscheibe emittierte Licht in unsere Sichtlinie biegt. Ein ähnlicher Effekt tritt auf, wenn sich die Lichtquelle viel weiter hinter dem Schwarzen Loch befindet, wie in diesem Wikimedia-Bild zu sehen :

Was Ereignishorizonte betrifft, nein, Sie würden per Definition nur den äußeren sehen. (Ein Ereignishorizont ist nichts anderes als eine Oberfläche, die angibt, welche Regionen der Raumzeit miteinander kommunizieren können.) Da das betreffende Bild hauptsächlich für künstlerische Zwecke erstellt wurde, würde ich nicht versuchen, zu viele Details zu lesen, die Sie sehen.

Die hellen Teile um das Schwarze Loch herum sind die Akkretionsscheibe , die in Wirklichkeit nur eine flache Scheibe in der Äquatorialebene ähnlich den Ringen des Saturn ist, aber durch Gravitationslinsen optisch verzerrt wird . Sie können hier eine Seite sehen , die einen Code zum Erstellen von Bildern mit Raytracing von Lichtstrahlen in gekrümmter Raumzeit enthält, der ein schematischeres Diagramm der visuellen Erscheinung einer Scheibe um ein Schwarzes Loch bietet (mit einem Schachbrettmuster darauf zur Verdeutlichung). ):

In diesem Q&A mit Kip Thorne gibt er einige Hintergrundinformationen darüber, wie sie die Bilder erstellt haben, und weist darauf hin, dass sie eine ausgefeiltere Technik als Raytracing verwendet haben:

Ich hatte vor vielen Jahren ein Bild einer Akkretionsscheibe mit Gravitationslinsen gesehen, das Jean-Pierre Luminet in Frankreich gemacht hatte. Ich hatte es irgendwie vergessen, aber als ich zum ersten Mal die Akkretionsscheibe mit Gravitationslinsen sah, die Sie tatsächlich im Film sehen, war es einerseits eine Mischung aus Erstaunen und Erkenntnis, dass „Ja, ich erinnere mich, so etwas vor Jahren gesehen zu haben .“ Und ein bisschen Ehrfurcht und Aufregung darüber, dass dieses Team von Double Negative gerade die Gleichungen genommen hatte, die ich ihnen gegeben hatte – sie verwenden nicht nur Raytracing, sie propagieren Strahlenbündel oder Lichtstrahlen – sie hatten Lichtstrahlausbreitungsgleichungen verwendet, gelegt ihre eigene Akkretionsscheibe, basierend auf künstlerischen Modellen, die auf astrophysikalischem Zeug basieren, und kommen zu mir zurück mit einem ausgewachsenen Bild, wie Sie es im Film sehen.

Sie haben jedoch nicht alle optischen Effekte simuliert, die zu sehen wären – der oben erwähnte Physiker Jean-Pierre Luminet kommentiert hier in einem Facebook-Beitrag, dass das interstellare Bild nicht „die starken Doppler- und Gravitations-Spektralverschiebungen enthält, die dadurch verursacht werden die Rotation der Scheibe mit relativistischer Geschwindigkeit", und nachdem er dies kommentiert hatte, erhielt er eine Nachricht von Kip Thorne, in der stand, dass "die Dopplerverschiebung aus den Bildern weggelassen wurde, weil sie (wie Sie vor langer Zeit gezeigt haben) die Scheibe stark asymmetrisch macht , und für ein Massenpublikum viel schwerer zu verstehen." Thorne kommentiert dies auch in den obigen Fragen und Antworten:

Ich diskutiere [alle Kompromisse], die mir im Buch bekannt sind. Ein Beispiel ist die Akkretionsscheibe um „Gargantua“, das Schwarze Loch, wo sich, wenn Sie die Doppler-Verschiebung eingeben, eine Seite der Scheibe auf Sie zu und die andere Seite weg bewegt, was die Farben von Blau auf einer Seite zu ändert Rot auf der anderen Seite, das ist wahrscheinlich in Ordnung, gut, aber es ändert die Helligkeit, so dass eine Seite viel heller und die andere viel dunkler ist als die andere, und wenn Sie das getan haben, wird es ein allgemeines Publikum geben völlig verblüfft von dem, was sie sehen. Man hat sich also bewusst dafür entschieden, die Dopplerverschiebung wegzulassen und eine Akkretionsscheibe zu haben, die die richtige Form hat, aber nicht die richtige Schiefe.

Luminet verweist auch auf seine Originalarbeit von 1979 über das visuelle Erscheinungsbild eines Schwarzen Lochs mit einer dünnen Akkretionsscheibe und gibt auch dieses Bild „berechnet von JAMarck in den 1990er Jahren“, das die Dopplerverschiebung berücksichtigt, wie Sie sehen können etwas weniger filmisch:

Luminet hat auch einen Blog, in dem er eine Reihe von Posts über Interstellar geschrieben hat, darunter diesen, in dem er seine Arbeit zur visuellen Erscheinung eines Schwarzen Lochs diskutierte (die anderen Posts in der Serie finden Sie, wenn Sie sich vom sechsten Teil zurückarbeiten ).

Ich habe auch dieses Video gefunden, das mit diesem reddit-Beitrag verlinkt und erklärt ist und ein schematisches Bild zeigt, wie es aussehen würde, mit relativistischer Geschwindigkeit an einem Schwarzen Loch mit einer Akkretionsscheibe vorbeizufliegen. Die Farbgebung ist künstlich, unterschiedliche Farben stehen für unterschiedliche Lichtintensitäten.

Bearbeitet, um hinzuzufügen: Ein von Kip Thorne mitverfasstes Papier, das die Physik und Computermodellierung hinter dem Schwarzen Loch von Interstellar beschreibt, wurde gerade hier auf arxiv.org veröffentlicht:

Gravitationslinsen durch Spinning Black Holes in der Astrophysik und im Film Interstellar

Und da ist auch noch dieses über dem Wurmloch, falls es jemanden interessiert.

Dies wird ausführlich in Thornes Buch „The Science of Interstellar“ erklärt. Es gab zwei wissenschaftliche Arbeiten, die auf den Simulationen basierten: eine in Physik und eine in Computer-Rendering.

Die beiden Kreise werden durch Gravitationslinsen durch ein sehr schnell rotierendes Schwarzes Loch verursacht. Der Radius dieses Schwarzen Lochs beträgt 150 Millionen Kilometer bei einer Masse von 100 Millionen Sonnen.

Der horizontale Kreis ist wahrscheinlich die Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs.

Der vertikale Kreis könnte den Effekt des Gravitationslinseneffekts darstellen (obwohl ich nicht sicher bin, ob diese Darstellung korrekt ist).