Zwarte gaten staan lichtjaren ver weg en slokken je met huid en haar op als je te dichtbij komt. Hoe kun je ze dan toch in detail bekijken? Jordy Davelaar ontwierp een virtual reality-simulatie waarmee wetenschappers langs het ‘afvoerputje van het heelal’ heen kunnen vliegen.

Heb je altijd al eens opgeslokt en weer uitgespuwd willen worden door een zwart gat? In het echt is dat onwaarschijnlijk, maar de virtual reality-simulatie die promovendus Jordy Davelaar met collega’s van BlackHoleCam heeft gemaakt komt aardig dichtbij. In de twee minuten durende simulatie word je door een zwart gat aangetrokken. Je tolt om het gevaarte heen en wordt net op tijd weggeslingerd. ‘Je maakt deel uit van het groepje deeltjes dat weet te ontsnappen’, verklaart Davelaar, die vandaag over de simulatie publiceert in vakblad Computational Astrophysics and Cosmology.

Waarom zou je virtueel door een zwart gat willen vliegen?

‘Het is natuurlijk heel interessant om te zien hoe het er van dichtbij uitziet. En er met een raket heengaan is nog niet heel haalbaar. Als je de kleine structuurtjes van dichtbij wil zien, dan moet je dat met theoretische modellen doen.’

En waarom dan in virtual reality?

‘Het coole van VR is dat je letterlijk naast het zwarte gat vliegt, alsof je er echt bent. Je kunt alle richtingen opkijken. Misschien valt je daardoor een onderdeel van de structuur op die je anders over het hoofd had gezien.’

Voor wie is het bedoeld?

‘Voor wetenschappers is de simulatie heel relevant. Normaal maken we plaatjes vanaf de aarde. Dan wordt alles vlak, zoals wanneer je naar de maan kijkt. Als je echt door zo’n zwart gat heen vliegt, zie je alle details. Je kunt meer de diepte in kijken.’

‘Maar het mes snijdt aan twee kanten. We zetten de simulatie ook in voor outreach-doeleinden. Zwarte gaten zijn heel abstract, je komt ze niet op straat tegen en mensen hebben er geen voorstelling bij. Terwijl het wel spectaculair mooi is. Ik ben al op een paar plekken uitgenodigd met de simulatie, zoals op een basisschool in Amsterdam. Je krijgt heel mooie reacties. Bijvoorbeeld een zesjarig jongetje, dat zei: “Oh mama, ik ben een astronaut.” Dat is wel heel gaaf.’

Zijn mensen verrast door wat ze zien?

(Denkt even na). ‘Niet enorm verrast. Mensen vergelijken het wel eens met het zwarte gat dat ze in de film Interstellar hebben gezien. Onze simulatie heeft soms net iets meer uitleg nodig, omdat je dingen ziet die niet intuïtief zijn, zoals gelensde structuren.’

Gelensde structuren?

‘Het bijzondere van een zwart gat is dat het zó zwaar is dat het licht afbuigt. Dat zorgt ervoor dat je letterlijk achter het zwarte gat kunt kijken. Als je een schijf midden in het vlak van het gat zou leggen, zou je die schijf helemaal kunnen zien.’

‘Je krijgt nog andere gekke effecten. Het licht aan één kant van het gat komt op je af, terwijl het aan de andere kant van je af beweegt. Net zoals een ambulance anders klinkt als hij naar je toe of van je weg rijdt, heeft licht dat naar je toe komt een hogere intensiteit. Daardoor ziet het zwarte gat er heel asymmetrisch uit.’

‘Om deze simulatie te maken heb ik een computer op de afdeling een maand lang laten rekenen’

Het zwarte gat lijkt meer op een vlam dan op een leeg gat.

‘Uit het zwarte gat zelf kan niks komen. Als je erin belandt kom je er nooit uit, hetzelfde geldt voor licht. Maar een zwart gat is zó massief dat het ook materie aantrekt. Een zwart gat is het afvoerputje van het heelal: hoe dichter water bij het putje komt, hoe harder het ronddraait. Dat doet plasma in een zwart gat ook, waardoor het fel licht uitstraalt vlak voor het verdwijnt achter de horizon waar licht niet meer kan ontsnappen.’

Davelaar maakt deel uit van het ‘BlackHoleCam’-team van Radboud-hoogleraar Heino Falcke. Hun doel is het maken van de allereerste foto van een zwart gat, met een radiotelescoop met een resolutie van een telescoop die zo groot is als de aarde. ‘In de simulatie zie je een schaduw in het zwarte gat’, zegt Davelaar. ‘We hopen die schaduw uiteindelijk ook in observaties te zien.’

Hoe krijg je zoiets voor elkaar, zo’n simulatie? Welke input gebruik je?

‘Stap één is altijd het simuleren van de stroom plasma, de materie. We zetten een soort donut van massa om het zwarte gat heen. Naarmate die materie dichter bij het zwarte gat komt, gaat het sneller en sneller ronddraaien. Een klein deel ontsnapt via magneetvelden die dwars op het zwarte gat staan – dat zijn de straalstromen die je ook in het filmpje ziet.’

‘Om deze simulatie te maken heb ik een computercluster met een rekenkracht van honderd laptops een maand lang laten rekenen. Dat doe je niet zomaar op je eigen laptop. Daarna hebben we die simulatie omgezet in beelden met een ‘raytracing’-code. Dat is een in Nijmegen geprogrammeerde code waarmee we 3D-simulaties van het plasma om kunnen zetten naar hoe het er uit zou zien in licht. Het uiteindelijke filmpje bestaat uit meer dan dertigduizend frames.’

Is dit nu wat je daadwerkelijk zou zien als je door een zwart gat vliegt?

‘Nou, alleen als we ogen zouden hebben die als een radiotelescoop zouden kijken. Dit zwarte gat, Sagittarius A*, is erg zwaar en zendt vooral licht uit op frequenties die wij niet met onze blote ogen kunnen waarnemen. Bij minder zware zwarte gaten komt het beter overeen met wat wij als mensen kunnen zien. Overigens: we hebben berekend hoeveel straling je ervaart als je zo dicht bij een zwart gat komt als in de simulatie. Als je een diepvriespizza mee zou nemen en uit je ruimteschip zou hangen, dan zou die ter plekke door de straling worden gebakken. Dus het is sowieso niet aan te raden om daarheen te gaan.’

De VR-simulatie is ook tweedimensionaal te bekijken op YouTube.