これは私の Black Hole モジュールの動画です。ここでは、ブラックホールはあらかじめ描かれたものではなく、きれいなテクスチャを貼った普通の 3D オブジェクトとして作られているわけでもありません。画像はプログラムの実行中にその場で組み立てられます。各ピクセルについて、カメラが光線を宇宙空間へ逆向きに飛ばし、その光がどこから来たのかを調べるような計算を行います。
普通のシーンなら、その光線はまっすぐ進みます。しかしブラックホールの近くでは時空が強く曲がっているため、光の軌道も曲がります。このモジュールでは、シュヴァルツシルト・ブラックホール、つまり回転していないブラックホールについて、その軌道を計算しています。
光線があまりにも近くを通ると、もう外には戻ってきません。こうして中央の黒い領域が生まれます。一方、もう少し離れたところを通る光は、非常に大きく曲げられることがあります。観測者に届く前に、ほとんどブラックホールの周囲を回り込むような場合もあります。そのため、ブラックホールのまわりに特徴的な明るいリングが現れます。
私にとってここで一番面白いのは降着円盤です。実際には円盤そのものは平らなままです。しかし動画では、その遠い側がブラックホールの上へ持ち上がったように見え、さらに下側にも現れているのがよく分かります。これは円盤そのものが曲がっているわけではありません。これが重力レンズ効果です。円盤の遠い側から来た光がブラックホールのまわりを回り込み、曲がった軌道を通ってカメラに届きます。
円盤は回転しているため、左右の見え方も同じではありません。こちら側へ向かって動いている物質の部分は明るくなり、遠ざかっている側は暗くなります。さらに、ブラックホールそのものの近くにある強い重力場によって、光も変化します。同じことは背景の星空にも起こります。遠くの星から来た光線も曲げられるため、ブラックホールの近くでは背景がはっきりと歪んで見えます。
ただし、ここで本物の降着プラズマを完全にシミュレーションしているように見せようとしているわけではありません。光が進む幾何学そのものは物理に基づいて計算していますが、円盤の見た目、つまり縞模様や明るさ、構造についてはプロシージャルに生成しています。
最終的に、このプログラムはブラックホールがどう見えるべきかをあらかじめ知っているわけではありません。単に光がどこへ進んだのかを計算し、その結果として画像ができあがります。
このモジュールは、私が開発している Makarov Physics Suite の一部です。
Steam: https://store.steampowered.com/app/4861360/Makarov_Physics_Suite/