Как сделать черную дыру
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 18.09.2024
Всем привет!:) Слышал для фильма Интерстеллар, ученые разработали уникальный рендер движок. Что бы передать физические свойства света, попадающие на черную дыру.Рендерок собрал за вечер.. Больше времени потратил на поиск композиции ежели на техническую реализацию. Рецепт довольно прост! Нам понадобится всего три объекта: Sphere, Torus, Cylinder, и две текстуры: галактика, космос 360. Для начала самый раз, далее полет фантазии:)
Сложность заключается в том-что, аккреционный диск виден полностью со всех сторон. Материя по ту сторону черной дыры от зрителя, искаженно, но попадает в видимую часть. Все это безумные чудеса с трудом поддаются пониманию. Рендер движки писать я конечно же не умею. И все же, нечто подобное реализовать получилось в 3Ds max, Corona render и в принципе любой рендер подойдет для этой задачи. И так, поехали:
Располагаем геометрию таким образом
2) Теперь нужен отражающий материал для Torus: берем CoronaMtl. . Diffuse: Level 0, Color черный. Reflection: Level 1, Fresnel IOR выкручиваем на максимум.
3) Галактика, тут мы добавим текстуру для имитации аккреционного диска. Cylinder: Снова берем CoronaMtl, подтягиваем текстуру галактики в DifFuse, Opacity color, Self-illumination. Можно использовать Color Correction для получения нужных оттенков. Multiplier в Self-illumination ставим 10 так же можно поиграть с Displacment что бы получить неровности. Так же на диск необходимо накинуть UVWMap для корректного отображения текстуры.
Ну так то все!)) Далее как это работает: Sphere есть черная дыра. Torus с отражающим материалом отражает диск с текстурой прозрачности а так же hdr звездного неба текстуру которой закинули в Environment.
Так же маленький бонус: как сделать эффектное размытие аккреционного диска? 1) Анимируем вращение самого диска во круг своей оси на 3-5 оборотов, в промежутке пяти фреймов.
2) Выставляем таймер по середине анимации. За тем включаем моушен блюр с учетом движения геометрии.
Та-дам!:) Черная дыра готова, Аккрецио́нный диск виден со всех сторон, искажение пространства во круг сверх массивного тела, тоже на месте. Как говорится, цель вижу, задачу понял! Остальное дело творчества. Ровных полигонов друзья, знания в массы!:)
Еще один результат того же вечера:)
Пример что можно делать с подобным материалом
💥 Henize 2-10 находится в южном созвездии Пиксид примерно в 30 миллионах световых лет от Земли. В этой галактике в десять раз меньше звезд, чем в Млечном Пути.
От черной дыры в центре Henize 2-10 со скоростью 1,6 миллиона километров в час течет горячий газ. Этот поток попадает в область рождения новых звезд — она находится в 230 световых годах.
Предположительно, миллионы лет назад поток врезался в плотное газовое облако и растекся по нему. Теперь скопления молодых звезд выстраиваются перпендикулярно направлению его течения.
Центральная область галактики Henize 2-10.
Происходящее в Henize 2-10 прямо противоположно процессам в более крупных галактиках. Там попадающее в черную дыру вещество уносится ее магнитными полями. Из-за этого образуются струи плазмы, которые движутся почти со скоростью света. Они нагревают газовые облака на своем пути до такой степени, что звезды просто не могут образоваться.
🌚 Ранее ученые подсчитали, сколько черных дыр во Вселенной.
Черная дыра представленная в фильме Interstellar от Кристофера Нолана – это произведение искусства, за которым стоят миллионы долларов на графику и совершенно реальная физика. Однако стоит ли оно того? Ну конечно же стоит! Сама разработка подобной графической модели уже является наградой для ее создателей, но также это и ценная научная работа, которую определенно будут использовать в будущем.
Однако, это не значит, что такой эффект нельзя создать за несколько часов при помощи пары графических программ, фотоаппарата и нескольких фейрверков.
Далее можно посмотреть на то, как Джо Шэнкс из Shanks FX, создал очень даже похожую версию черной дыры при помощи подручных средств.
Посмотреть небольшое видео о создании черной дыры в Interstellar можно тут.
Самостоятельно сделать снимок черной дыры может каждый: для этого нужно купить стаут, ❓ Темный элевый сорт пива, приготовленный с использованием жженого солода. желательно, чтобы пена была не очень объемная и долго держалась, налить его в бокал, засунуть палец по центру бокала, быстро вынуть, сфотографировать. В результате у вас должна получиться прекрасная фотография черной дыры (только палец вынимайте быстрее) — ученым же для этого потребовалась пара десятков лет.
Что такое черная дыра
Начнем с теории. Мы знаем, что объекту, например человеку или ракете, для того чтобы покинуть планету Земля и улететь, скажем, на Марс, нужно стартовать с поверхности со второй космической скоростью, которую очень легко посчитать по формуле V 2 = 2GM/R . То есть все, что нам нужно знать для расчетов, это массу ( M ) и радиус объекта ( R ), не забудем уточнить в справочнике и величину гравитационной постоянной ( G ). Для Земли вторая космическая скорость равна 11,2 км/с.
Черная дыра — это объект, вторая космическая скорость которого равна или больше скорости света, это настолько массивный и компактный объект, что с него ничто не может улететь, включая фотоны, частицы света
Ученые уже сто лет пытаются проверить общую теорию относительности Эйнштейна и, в частности, постулаты, лежащие в ее основе. Один из них, который знают абсолютно все, это постулат о скорости света, согласно которому скорость света в вакууме — это максимальная скорость, которую можно достичь в нашей Вселенной . Так что, если у вас есть объект, достаточно массивный и достаточно компактный, он будет черной дырой. Почему черной? Потому что, напоминаю, с него ничего не может улететь, в том числе свет, который в норме показал бы черную дыру во всей красе.
Чтобы узнать размер черной дыры, можно использовать формулу второй космической скорости, заменив V 2 на c 2 (скорость света в квадрате). Размер черной дыры Rg определяет горизонт событий. Он находится на расстоянии от центра, где вторая космическая скорость равна скорости света, — это расстояние называется гравитационным радиусом, или радиусом Шварцшильда, и вычисляется по формуле Rg=2GM/с 2 .
Чтобы вы представили себе, насколько это большие объекты, давайте сделаем черную дыру из знакомого, например из Земли. Если мы сожмем Землю, гравитационный радиус для черной дыры, которую мы из нее сделали, будет равен 9 миллиметрам. Если мы сожмем Солнце, сделав из него черную дыру, черная дыра с массой как наше Солнце будет иметь диаметр 6 километров. Под этими тремя километрами гравитационного радиуса ничего нельзя будет увидеть.
Расположение черных дыр
Как сделали фотографию черной дыры
Из школьного курса физической оптики мы знаем, что мельчайшие детали, которые любое одиночное оптическое или радиозеркало может различить на небе (самый мелкий масштаб), определяют следующей формулой — λ / D (длина волны наблюдения, разделенная на диаметр зеркала). Но поскольку в радиоастрономии работают с длинными волнами, что бы радиоастрономы ни наблюдали на небе с телескопом, для них все выглядит как точка .
Тем не менее более полувека назад советские радиоастрономы Леонид Матвеенко , Николай Кардашев и Геннадий Шоломицкий презентовали идею, которая называется радиоинтерферометр со сверхдлинной базой. Они предложили собрать вместе много радиотелескопов, расставить их в разных уголках планеты Земля — или даже запустить в космос — и использовать как единую систему. При этом уже упомянутая ранее формула будет выглядеть не как λ / D , а как длина волны, разделенная на расстояние между телескопами: λ / B! Фактически при использовании интерферометра у такой системы образуется высочайшее угловое разрешение , самое высокое в астрономии.
Тем не менее все мы пользуемся услугами интерферометров ежедневно. В частности, с помощью радиоинтерферометров можно использовать галактики, которые находятся очень далеко, как реперные точки , своего рода гвозди, прибитые к небу, относительно которых можно измерять координаты на Земле. Например, определять параметры вращения Земли и то, как в результате нутации двигается по небу ось вращения планеты. Эта информация необходима для работы систем глобального позиционирования ГЛОНАСС, GPS , и измерения проводятся практически каждый день.
Интерферометру можно придать больше разрешающей силы, уменьшив длину волны λ . Наши коллеги, для того чтобы получить изображение тени черной дыры, уменьшили длину волны наблюдений до 1,3 мм . На коротких длинах волн плазма, которая окружает черную дыру в центрах галактик, становится более прозрачной, и благодаря этому ученые могут разглядеть, что происходит в центре. Чтобы получить такую возможность, ученые работали долгие годы, и в результате угловое разрешение системы оказалось достаточным, чтобы увидеть на изображении тень черной дыры.
Итак, то, что получили ученые, — это не фотография, а восстановленное сложными математическими методами по данным наблюдений интерферометра светящееся фотонное кольцо вокруг центральной черной дыры в галактике Дева А
То, что измеряет интерферометр, — это не фотография. Это очень хитрые величины, которые позволяют ученым восстановить изображение черной дыры. Представьте, что я строитель, который создает гигантский телескоп размером с планету Земля, и все, что я сделал, — это выстроил каркас и пока не проложил по нему зеркала. Фактически каждая подобная пара телескопов позволяет мне положить на каркас несколько новых зеркал. И чем больше таких пар телескопов участвует в моей системе интерферометра, тем плотнее я заполняю каркас зеркалами и тем больше результатов измерений более высокого качества я получаю, чтобы восстановить изображение исследуемого космического объекта.
Для того чтобы улучшить качество получаемой картинки, можно применить два подхода . Первый — построить больше телескопов. Второй — вращать Землю. Ученые пока что делают акцент на втором методе, потому что Земля и так вращается — мы к этому даже сил не прикладываем, — а телескопы стоят дорого. Именно таким образом все лучше и лучше заполняется зеркалами наш пустой каркас, все качественнее и качественнее восстанавливается изображение тени черной дыры. ❓ Для тех, кто имеет техническое образование, поясню: интерферометр измеряет небольшие количества параметров Фурье-спектра, а астрономы восстанавливают изображения на основе ограниченного количества его измеренных гармоник.
Как визуализировали данные интерферометра
О черной дыре в центре галактики Млечный Путь
Чтобы случился прорыв в нашем понимании черных дыр, необходимо исследовать черную дыру в центре нашей Галактики, потому что именно ее массу мы знаем с высокой точностью. ❓ В 2020 году как раз за точное измерение массы центрального компактного объекта в нашей Галактике была дана половина Нобелевской премии по физике.
Центр нашей Галактики — это созвездие Стрельца (по латыни Sagittarius), а компактный объект в центре уже самого созвездия называется Sgr A * . Вокруг него можно видеть движение звезд и измерять параметры их орбит, а дальше на помощь снова приходит школьный курс физики, а точнее, обобщенные законы Кеплера: зная параметры орбиты, период обращения движения звезды по орбите и размеры орбит, можно измерить массу черной дыры .
Что дальше? Зачем ученым черная дыра в центре Млечного пути? Мы знаем точно массу и расстояние до Sgr A * , поэтому планируем проверить общую теорию относительности Эйнштейна в сильном гравитационном поле этой черной дыры. Теория относительности проверяется уже сто лет, и пока ее предсказания соответствуют результатам всех экспериментов. Настало время развивать ее дальше.
Читайте также: