Tecnologia utilizada no filme Interestelar, ajuda a entender melhor os buracos negros em rotação

A equipe responsável pelos efeitos visuais do filme Interestelar de Christopher Nolan, transformou a ficção científica em ciência de fato, fornecendo novas ideias sobre os poderosos efeitos dos buracos negros.
No artigo publicado nesse dia 13 de Fevereiro de 2015 na revista Classical and Quantum Gravity, a equipe descreve o inovador código computacional que foi usado para gerar as icônicas imagens do buraco de minhoca, do buraco negro e de vários objetos celestes que aparecem no filme, e explicam como o código levou a equipe a novas descobertas científicas.
Usando esse código, a equipe do Interestelar, que é composta de uma empresa de efeitos visuais baseada em Londres, chamada Double Negative e do físico teórico da Caltech, Kip Thorne, descobriram que quando uma câmera está próxima de um buraco negro em uma rápida rotação, superfícies peculiares no espaço, conhecidas como cáusticas, criam mais de dezenas de imagens de estrelas individuais e do fino e brilhante plano da galáxia onde o buraco negro vive. Eles descobriram que as imagens são concentradas ao longo da borda da sombra do buraco negro.
Essas múltiplas imagens são causadas pelo arrasto criado pelo buraco negro no espaço, num movimento espiral e esticando as cáusticas ao redor dele por muitas e muitas vezes. Essa é a primeira vez que os efeitos de cáusticas foram computados por uma câmera perto de um buraco negro, e as imagens resultantes nos dão uma ideia do que seria observado por uma pessoa orbitando um buraco negro.
As descobertas foram possíveis pelo código computacional da equipe, que, como o artigo descreve, mapeou a trajetória de milhões de feixes de luz e suas seções cruzadas em desenvolvimento à medida que essas trajetórias passavam pelo espaço-tempo contorcido do buraco negro. O código foi usado para criar imagens do buraco de minhoca no filme e do buraco negro, conhecido como Gargantua, e o brilho do seu disco de crescimento, com uma clareza e suavidade nunca antes observada.
O código consegue mostrar porções do disco de crescimento por cima e por baixo da sombra do Gargantua, e também em frente à sombra do equador, produzindo uma imagem da sombra dividida que tornou-se icônica no filme.
A estranha distorção do brilho do disco foi causada pelo efeito de lente gravitacional, um processo pelo qual os feixes de luz de diferentes partes do disco, ou de estrelas distantes, são curvados e distorcidos pelo buraco negro, antes deles atingirem a câmera simulada do filme.
Esse efeito de lente acontece porque o buraco negro cria um campo gravitacional extremamente forte, literalmente curvando a própria fábrica do espaço-tempo ao seu redor, como se uma bola de boliche fosse colocada sobre um lençol esticado.
No início do trabalho no filme, com o buraco negro inserido dentro de um rico campo de distantes estrelas e nebulosas ao invés de um disco de crescimento, a equipe descobriu que a abordagem padrão de usar apenas um traço de luz para um pixel no código, por exemplo, para um filme IMAX, com um total de 23 milhões de pixels, resultava numa cintilação enquanto as estrelas e nebulosas moviam-se através da tela.

O co-autor do estudo e cientista chefe da Double Negative, Oliver James, disse: “Para pegar a cintilação gerada e produzir imagens realisticamente suaves para o filme, nós mudamos o nosso código de uma maneira que nunca tinha sido feita antes. Ao invés de traçar a trajetória de raios individuais de luz usando as equações de Einstein, (um por pixel) nós traçamos as trajetórias distorcidas e as formas dos feixes de luz”.
O co-autor do estudo, Kip Thorne, disse: “Essa nova abordagem para fazer as imagens será de grande valor para os astrofísicos como eu. Nós também, precisamos de imagens suaves”.
Oliver James continuou: “Uma vez que o nosso código, chamado de DNGR, Double Negative Gravitational Renderer, estava maduro e criava as imagens que vocês viram no filme Interestelar, nós percebemos que tínhamos uma ferramenta que poderia facilmente ser adaptada para a pesquisa científica”.

Nesse artigo, a equipe reportou como eles usaram o DNGR para realizar um grande número de pesquisas de simulação explorando a influência das cáusticas (superfície peculiares no espaço) nas imagens de distantes campos estelares vistos por uma câmera localizada perto de um buraco negro em rotação rápida.
“Um feixe de luz emitido de qualquer ponto na superfície da cáustica é focado pelo buraco negro num brilhante feixe de luz num dado ponto”, continua James. “Todas as cáusticas, exceto uma, se contorce ao redor do céu muitas vezes quando a câmera está perto do buraco negro. Essa contorção do céu é causada pela rotação do buraco negro, arrastando o espaço num movimento espiral ao seu redor como o ar girando num tornado, e esticando as cáusticas ao redor do buraco negro muitas vezes”.
À medida que cada cáustica passa por uma estrela, ela cria duas novas imagens da estrela como vista pela câmera, ou aniquila duas velhas imagens da estrela. À medida que a câmera orbita um buraco negro, as partes do filme vindas da simulação do DNGR, mostram que as cáusticas estavam constantemente criando e aniquilando um grande número de imagens estelares.
A equipe identificou 13 imagens simultâneas da mesma estrela, e também 13 imagens do plano fino e brilhante da galáxia, onde o buraco negro vive. Estas imagens múltiplas só foram vistas quando o buraco negro estava girando rapidamente e só perto do lado do buraco negro, onde o turbilhão do espaço do buraco estava se movendo em direção à câmera, que eles, deduziram foram criadas porque o giro do espaço estava arremessando as imagens para fora da borda da sombra do buraco. No lado oposto da sombra, onde o espaço está girando para longe da câmera, a equipe deduziu que havia também várias imagens de cada estrela, mas que o turbilhão de espaço as comprimia para dentro, tão perto da sombra do buraco negro que elas não poderiam ser vistas nas simulações.

Fonte: http://phys.org/news/2015-02-interstellar-technology-black-holes.html