仮想現実で超リアルなブラックホールを体験することができる

渦巻銀河と楕円銀河には、その中心に超大質量ブラック ホール (SBH) が存在することが証明されています。天の川も例外ではありません。非常にコンパクトでで強力な天文電波源であるいて座 A* という名前の SBH がホストしています。

初めて、Radboud 大学の研究者は射手座 A* の天体物理モデルを使用して一連の画像を作成しました。次に、これらの画像を組み合わせて、SBH の 360 度の仮想現実シミュレーションを構築しました。

このシミュレーションは、市販されているどの VR コンソールでも視覚化でき、ブラック ホールを研究している学生にとって非常に役立つものになるでしょう。ブラック ホールへ到達するのは (少なくとも我々の生涯では) 不可能であるため、これらの没入型ビューは、私たちがいる場所から時空の複雑領域を理解することに利用できます。

最新の技術で現実的なビューを提供

このモデルを構築するために、ブラック ホールに対して観測者は自分の位置と動きを任意に変更できる視点を考案しました。

ビューアは、物理的に適切な方法で移流によって降着するプラズマを追跡するようになっています。ブラック ホールの周りの視聴者の動きによって変わる動的効果が、リアルなビューを実現するため正確に計算されます。

最近の GPU と VR レンダリングの進歩により、天体を高解像度で 360 度形式で表示できるようになったため、天球全体が表示できるようになっています。

この作業では、研究者はバーチャルリアリティの3つの機能をカバーしています。ステレオグラフィックレンダリング、没入型でインタラクティブな視覚化の実現、軌道に沿って視聴者の天球全体を画像化します。

その結果、観測者はシミュレートされた世界でどの方向にも目を向けることができます。

シーンからのスナップショット

ブラックホールの時間発展を正確に表すため、研究者は自己矛盾のない、回転するブラック ホールへの降着流の3D一般相対論的磁気流体力学シミュレーションを作成しました。

次に、一般相対論的放射伝達コードRAPTORを利用しました。これは、湾曲した時空の重力レンズ作用やドップラーブースティングなど、仮想現実でブラック ホールの降着をモデル化するのに必要なあらゆる効果を考慮しました。

また、NVIDIA の OpenACC フレームワークを使い、CPU と GPU の両方でコードをコンパイルし、実行しました。この方法は、他のブラックホールのシミュレーションにも活用できます。ただし、低光度の活動銀河核やハードまたはロー状態のX線連星に限定されます。

全体として、この研究は、ブラック ホールの物理学を学生や一般大衆などの幅広い視聴者に伝えるためのインタラクティブで直感的なアニメーションを提供できるでしょう。子供たちが天体物理学に興味を持つような有益な教育ツールとなるでしょう。