Image Image Image Image Image Image Image Image Image Image

Новости астрономии и астрофизики — The Universe Times | 17.08.2017

Scroll to top

Top

Нет комментариев

Фильм Interstellar превратил научную фантастику в научный факт

Фильм Interstellar превратил научную фантастику в научный факт
shortstoryf

Новость пришла, откуда не ждал я. Команда инженеров, занимавшаяся разработкой визуальных эффектов для номинированного на Оскар фильма Interstellar, умудрилась превратить научную фантастику в научный факт. Это относится к изучению чёрных дыр, исследователи считают, что научное открытие во время создания фильма позволит проникнуть глубже в суть гравитационных эффектов этих сверхмассивных объектов.

Эта работа была опубликована 13 февраля 2015 года в журнале Classical and Quantum Gravity, в ней описывается инновационный машинный код, который использовался для создания уникальных кадров червоточин, чёрных дыр и различных звёздных объектов в недавнем фильме «Interstellar». Также, статья описывает то, как этот код привёл исследователей к новым научным открытиям.

Используя разработанный алгоритм, специалисты фильма Interstellar, занимавшиеся разработкой визуальных эффектов, обнаружили, что когда камера расположена близко к быстровращающейся чёрной дыре, возникают специфические поверхности в пространстве, известные как каустика. Самый простейший пример каустики, это причудливые кривые формы от стакана, стоящего на освещенном Солнцем столе, и наверняка многие видели искажения света на дне неглубокого озера или у берега реки, водная поверхность которых находится в волнах. Визуализаторы выяснили, что этот эффект в их фильме создаёт больше дюжины изображений отдельных звёзд и даже яркой плоскости галактики, в которой живёт чёрная дыра. Они обнаружили, что все эти изображения сконцентрированы вдоль одного края тени чёрной дыры.

Эти повторные изображения одного и того же объекта вызваны тем, что при своём вращении, захватывающая в себя пространство-время чёрная дыра заставляет каустические эффекты закручиваться много раз вокруг себя и искривляться. Вообще, это было впервые, когда удалось вычислить каустические эффекты для камеры, расположенной в непосредственной близости от чёрной дыры, а полученные изображения дают некоторое представление о том, что видели бы космонавты, если бы они вращались вокруг чёрной дыры. Как уже говорилось выше, эти открытия удалось сделать благодаря новейшему машинному коду, которой умудрился составить карту путей движения миллионов световых лучей, а также их пересечение, когда они проходили через деформированное пространство-время. В итоге, благодаря этому алгоритму удалось с беспрецедентной точностью и чёткостью создать червоточину и чёрную дыру Гаргантюа (Gargantua), а также её пылающий аккреционный диск.

В результате всего этого удалось получить общее изображение чёрной дыры, которое станет, как мне кажется, культовым через некоторое время. На стоп-кадре видно, как распределён аккреционный диск вокруг верхней и нижней частей чёрной дыры, а также по экватору перед ней. Ясно, что это странное искажение светящегося аккреционного диска вызвано эффектом гравитационного линзирования — процесса, в результате которого лучи света от различных частей диска, или от других отдалённых объектов, изогнуты и искажены гравитационным полем чёрной дыры прежде, чем они могут достигнуть объективов виртуальной камеры. Удивительно, какое сильное гравитационное поле создаёт вокруг себя чёрная дыра, заставляя пространство-время буквально обволакивать её. Это можно сравнить с тем, как если положить футбольный мяч на натянутую материю или простыню.

Но ещё в самом начале своей работы, когда чёрная дыра не обладала аккреционным диском, а была окружена россыпью звёзд и туманностей, специалисты столкнулись с одной проблемой. Они обнаружили, что если в алгоритме использовать стандартную процедуру обработки одного светового луча для одного пикселя, что в случае для IMAX в общей сложности составляет 23 миллиона пикселей, это приводит к мерцанию по мере того, как звёзды и туманности перемещаются по экрану.

Соавтор исследования и руководитель исследовательских работ Оливер Джеймс из компании Double Negative говорит: «Чтобы избавиться от мерцания и создать реалистично подробную картину для фильма, мы изменили наш алгоритм кардинально. Вместо того, чтобы отслеживать движение индивидуальных световых лучей, используя уравнения Эйнштейна для каждого пикселя, мы смогли проследить искажённые пути и даже формы лучей света. Как только мы увидели обновлённый алгоритм, названный Double Negative Gravitational Renderer (DNGR), в работе, то сразу поняли, что его легко можно будет приспособить к научным исследованиям».

«Этот новый подход к созданию изображений будет иметь большую ценность для астрофизиков, вроде меня. Нам тоже нужны четкие и незашумлённые изображения», — Кип Торн, соавтор исследования.

В продолжении статьи говорится о том, что астрофизики уже использовали DNGR, чтобы провести моделирование влияния каустики на изображения отдалённых звёздных областей.

«Луч света, испускаемый из любой точки каустической поверхности, фокусируется чёрной дырой в виде яркой световой выпуклости в этой точке. Вся каустика, кроме одной, закручивается вокруг неба много раз, когда виртуальная камера подходит ближе к чёрной дыре. Эта закрутка обусловлена вращением чёрной дыры, которое тащит пространство-время, заставляя его вращаться вокруг центра, как воздух во время смерча. В итоге вытянутая каустика оборачивается вокруг чёрной дыры много раз», — продолжает Оливер Джеймс.

В тот момент, когда в каустику попадает свет звезды, то создаётся два новых или уничтожается два старых её изображения. По мере того, как виртуальная камера в фильме вращается вокруг чёрной дыры, в тех кадрах, которые были смоделированы с помощью DNGR, каустика постоянно создаёт и уничтожает огромное количество изображений звёзд. Всего, команда смогла идентифицировать 13 одновременных изображений одной и той же звезды и 13 изображений плоскости галактики, в которой расположилась эта чёрная дыра. Эти повторные изображения были замечены только тогда, когда чёрная дыра вращалась очень быстро и только с той её стороны, с которой закручивающееся пространство перемещается в сторону камеры. На противоположной стороне тени чёрной дыры, как выяснили исследователи, также присутствовали повторные изображения каждой звезды, но так как их движение было направлено от наблюдателя, они не были видимы во время симуляции.

Изображение
Чёрная дыра аккреционный диск

Модель аккреционного диска, гравитационно линизрованного вокруг чёрной дыры. Источник: ©Classical and Quantum Gravity, 2015. Reproduced by permission of IOP Publishing.

По информации IOP Publishing.

Оставьте комментарий

Добавить комментарий

Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru Лицензия Creative Commons «The Universe Times» Google