Международная группа физиков из голландского Университета Радбура в Неймегене и Института теоретической физики немецкого Франкфурта-на-Майне представили реалистичную симуляцию чёрной дыры для очков виртуальной реальности. Она разработана на основе актуальных данных о предполагаемой сверхмассивной чёрной дыре «Стрелец A*» на расстоянии 26 000 световых лет от Земли, а также ряда современных астрофизических концепций.
Видео стало побочным эффектом построения модели астрономического объекта. Оно даёт представление о том, как потенциально выглядит чёрная дыра, добраться до которой на текущем уровне развития науки за человеческую жизнь абсолютно невозможно. Даже в далёком будущем наблюдение за данным объектом, вероятно, останется ограниченным, ведь при массе в четыре миллиона Солнц чёрную дыру можно идентифицировать лишь по её влиянию на время и пространство, которые в том числе выражаются в притягивании фотонов и искривлении лучей, просто не способных достичь наблюдателя.
Реалистичность представленной на видео модели подразумевает гравитационные эффекты, поэтому вы — наблюдатель чёрной дыры — видите её так, как будто находитесь там. Без «фотошопа», но лишь настолько реалистично, насколько близка к истине построенная учёными модель.
Ниже мы привели выдержки из научной публикации «Observing supermassive black holes in virtual reality», которые помогают понять суть работы.
Мы представляем 360-градусное отражение вычислений общей релятивистской трассировки лучей и передачи излучения аккрецирующих сверхмассивных чёрных дыр. Мы выполняем современное трёхмерное общее релятивистское магнитогидродинамическое моделирование с использованием кода BHAC, а затем постобработку этих данных с помощью трансферного кода RAPTOR. Таким образом, все релятивистские и общие релятивистские эффекты, такие как доплеровское усиление и гравитационное красное смещение, а также геометрические эффекты, обусловленные местным гравитационным полем и изменением положения наблюдателя и состояния движения, вычисляются самосогласованно.
Синтетические изображения на четырёх астрономически-соответствующих частотах наблюдений генерируются с полным 360-градусным обзором внутри потока аккреции с точки зрения наблюдателя, который адвектируется по мере развития потока. В качестве примера мы рассчитали изображения на основе последних наилучших моделей наблюдений Стрельца A*. Эти изображения объединены для создания полного 360-градусного фильма виртуальной реальности об окружающей среде чёрной дыры и её горизонта событий. Наш подход также позволяет вычислять локальную светимость, полученную в данном флюидном элементе в потоке аккреции, обеспечивая важные применения, например, при расчётах отражаемого излучения на потоках аккреции чёрной дыры.
В дополнение к научным приложениям, представленные нами 360-градусные фильмы виртуальной реальности являют собой новый носитель, через который можно интерактивно доносить физику чёрных дыр более широкой аудитории и который выступает в качестве мощного образовательного инструмента.
Эти модели изменяются только в динамике потока аккреции чёрной дыры, при этом наблюдатель, согласно расчётам, остаётся неподвижным. В этой работе мы рассматриваем наиболее общий случай наблюдателя, который может произвольно меняться как по своему положению (относительно чёрной дыры), так и по состоянию своего движения. В частности, наблюдатель выбирается так, чтобы следить за потоком аккрецирующей плазмы физически осмысленным путём через адвекцию, и поэтому все динамические эффекты, связанные с движением наблюдателя вокруг чёрной дыры, также правильно включаются в расчёт изображения.
Благодаря последним достижениям в области графических процессоров и рендеринга виртуальной реальности стало возможным визуализировать эти астрофизические объекты с высокими разрешениями в формате 360 градусов (т. е. 4π стерадиан), который охватывает всю небесную сферу наблюдателя, позволяя изучать окрестности аккрецирующей чёрной дыры из самого потока аккреции.
Учёные обращают наше внимание на особенности ВР-технологии для визуализации астрономических объектов:
Виртуальная реальность — это широкая концепция, охватывающая различные методы, такие как иммерсивная визуализация, стереографический рендеринг и интерактивная визуализация. В этой работе мы исследуем первый метод из этих трёх, представляя полную небесную сферу наблюдателя вдоль траектории. Благодаря этому зритель во время воспроизведения может смотреть в любом направлении; это также известно как виртуальная реальность с 360-градусным обзором.
Ещё одна важная особенность виртуальной реальности, стереографический рендеринг, представляет разные изображения каждому глазу, так что зритель испытывает стереоскопическую глубину. Однако для нашего применения этот метод не имеет значения, поскольку физическое расстояние между глазами наблюдателя намного меньше, чем типичный линейный масштаб сверхмассивной чёрной дыры (который для Стрельца А* составляет 6,645×10¹¹ см), и поэтому мы не увидели бы никакой глубины в изображении (так же, как мы не видим стереоскопической глубины, глядя на Луну). Интерактивная визуализация, когда зритель также может изменять свою позицию, потребует рендеринга среды в реальном времени, который недоступен при имеющихся вычислительных ресурсах.
Не пропускайте важнейшие новости о дополненной, смешанной и виртуальной реальности — подписывайтесь на Голографику в Telegram, ВК, Twitter и Facebook!
Далее: Панорамные видео «Космос 360» помогут учить космонавтов и сколковцев
