Wie wird das Universum aussehen, wenn jemand in ein Schwarzes Loch fällt?

Zu diesem Thema gibt es eine nette Abhandlung von Riazuelo, http://arxiv.org/abs/1511.06025 . Das Folgende sind drei simulierte Bilder, die ich mit einer von mir geschriebenen Open-Source-Software erstellt habe. Ich habe auch ein Video produziertzeigt die Bewegung, mit ein wenig didaktischem Text und etwas gruseliger Weltraummusik. Meine Bilder scheinen ziemlich gut mit Riazuelos Simulationen übereinzustimmen. All dies sind die simulierten Ansichten eines Beobachters, der im freien Fall in ein Schwarzschild-Schwarzes Loch fällt, ausgehend von der Ruhe im Unendlichen. In diesen simulierten Weitwinkel-Panoramen ist links das Schwarze Loch und rechts das Sternbild Orion zu sehen. Der bläuliche Stern Rigel (Orions „Fuß“) befindet sich direkt über uns, aber wir können ihn immer noch im selben Bild wie das Schwarze Loch sehen, da das Sichtfeld größer als 180 Grad ist.

Dieses Bild ist für die Zeit konstruiert, in der sich der Beobachter in einem Radius befindet, der gleich dem dreifachen Schwarzschild-Radius ist:

Der offensichtlichste optische Effekt besteht darin, dass es viele Sterne gibt, die hell und blauverschoben in der Nähe der Silhouette erscheinen, die vom Ereignishorizont des Schwarzen Lochs gebildet wird. Qualitativ ist dies dasselbe, was Sie aufgrund der speziellen Relativitätstheorie sehen würden, wenn Sie einfach mit relativistischen Geschwindigkeiten durch den Weltraum fliegen würden. Dopplerverschiebungen beeinflussen sowohl die Wellenlänge als auch die Intensität. Die relativistische Aberration verändert die Richtung, aus der die Strahlen einzutreffen scheinen, sodass sich Material in den Teil des Sichtfelds in Bewegungsrichtung drängt (in diesem Beispiel in der Nähe des Schwarzen Lochs).

Dieses Bild ist, nachdem Sie den Horizont passiert haben und sich in einem Radius befinden, der dem halben Schwarzschild-Radius entspricht:

Die Effekte sehen qualitativ gleich aus. Das Schwarze Loch scheint weniger als 180 Grad unseres Sichtfeldes abzudecken, aber das liegt an Aberration. Sterne wie Rigel sind aufgrund von Dopplerverschiebungen sehr schwach.

Hier ist ein Bild kurz bevor Sie die Singularität erreicht haben:

Der sehr helle Ring stammt von Sternen, die in Wirklichkeit meist ziemlich schwach sind, aber aufgrund der Winkel, in denen sie sich befinden, wird ihr Licht zu sehr hohen Intensitäten dopplerverschoben. Die signifikante Breite des Rings ist nur ein Artefakt der Art und Weise, wie meine Software versucht, hohe Intensitäten visuell darzustellen.

An der Grenze, wenn Sie sich der Singularität nähern, bewegt sich dieser Ring, um einen scheinbaren Großkreis einzunehmen, dh die Bilder des inneren und des äußeren Universums decken jeweils genau die Hälfte Ihres Gesichtsfeldes ab.

Ich tauschte E-Mails mit Riazuelo aus, der mich auf diesen Vortrag (auf Französisch) verwies, der mehrere Animationen zeigt, die er gemacht hat. Meine schlechte Fähigkeit, gesprochenes Französisch zu verstehen, macht es mir schwer, genau zu verstehen, was all die verschiedenen Videos sind, aber ich denke, es gibt einige Animationen des radialen Einfalls ab 1:18. Der bei 46 Minuten sieht aus wie eine Demonstration einer speziellen relativistischen Beschleunigung, ohne Schwarzes Loch. Bei 1:01 sieht es so aus, als befinde sich der Beobachter in einer elliptischen Umlaufbahn um ein Schwarzes Loch.

Riccardo Antonelli hat zu diesem Zweck zwei Open-Source-Softwareprojekte erstellt: starless und schwarzschild .

Um dies richtig zu beantworten, muss man zunächst definieren, wie sich der Beobachter relativ zum Schwarzen Loch und einem „festen“ Koordinatensystem „bewegt“ oder „nicht bewegt“. Nehmen wir zunächst an, dass der Beobachter im praktischen Sinne „stationär“ ist, da er irgendwie in der Lage ist, seine Position im Raum zu fixieren, so dass sich die Singularität des Schwarzen Lochs nicht relativ zu ihm bewegt, noch außerhalb von Objekten. Dies würde eine Kraft von Ihnen erfordern, um der Schwerkraft entgegenzuwirken. Da dies unmöglich ist, sobald Sie sich innerhalb des Ereignishorizonts befinden (da Ihre Gegengeschwindigkeit schneller als Licht sein müsste), verwenden wir dieses Konzept im Moment nur als Gedankenexperiment.

Damit wird ein Beobachter, der „in ein Schwarzes Loch fällt“, eigentlich keinen großen Unterschied bemerken, selbst wenn er den Ereignishorizont passiert. Unter der Annahme, dass es keine Akkretionsscheibe gibt (wir machen uns also keine Sorgen über überhitztes Gas und Staub, die Ihre Sicht blockieren), wäre Ihre Sicht auf das Universum ziemlich unverändert gegenüber dem, was Sie vielleicht ursprünglich gedacht haben.

Im Allgemeinen gibt es zwei Effekte. Erstens würden Objekte im Allgemeinen blauverschoben, da die Schwerkraft des Schwarzen Lochs das Licht anziehen wird; Auch dies gilt nur, wenn Sie "still stehen". Zweitens werden Sie aufgrund der Schwerkraft visuelle Verzerrungen bekommen, wobei die Merkmale etwas gequetscht erscheinen, als ob Sie durch eine konkave Linse schauen würden.

Nehmen wir nun an, Sie fallen tatsächlich in das Schwarze Loch und haben den Ereignishorizont überschritten. Da Sie sich jetzt entlang einer Geodäte im freien Fall bewegen, wäre das Licht von anderen Objekten nicht länger blauverschoben, da Sie sich im selben Trägheitsbezugssystem befinden würden. Je näher Sie der Singularität kommen, desto komprimierter (linsenförmiger) erscheint das Außenuniversum. Außerdem würde die Singularität größer werden.

Dieser letzte Teil hat mich zuerst tatsächlich verwirrt, also kopiere ich Andrews Erklärung direkt: „Stellen Sie sich vor, Sie leben auf einer Kugel (heh). Das heißt, stellen Sie sich eine Existenz vor, die streng auf die geschlossene, zweidimensionale Oberfläche einer Kugel beschränkt ist. Wählen Sie a Punkt, auf/in zu stehen. Egal in welche Richtung Sie einen Lichtstrahl aussenden, er wird schließlich den geometrischen Punkt auf der genau gegenüberliegenden Seite Ihrer Kugel kreuzen. Egal in welche Richtung Sie also schauen, es ist auf diesen einzelnen geometrischen Punkt gerichtet . Ebenso weist jede Sichtlinie von einem Standpunkt innerhalb des Ereignishorizonts auf die Singularität hin.“ Obwohl es sich um einen Punkt handelt, werden Sie ihn immer noch sehen, egal wohin Sie schauen.

Beim Sturz in ein Schwarzes Loch wird der "Horizont" am Himmel immer höher, bis der Ereignishorizont überschritten ist, an welchem ​​Punkt nur noch ein Lichtfleck von oben kommt.

Es ist auch wahrscheinlich, dass Farbverzerrungen auftreten, da eine starke Schwerkraft die Fähigkeit hat, die Wellenlänge des Lichts zu modifizieren.