Astrofyzik: Naša civilizácia je síce špeciálna, ale pochybujem, že je vo vesmíre jediná

Tento text je súčasťou projektu Denník N ide za vami, začíname v Rožňave.

V rozhovore sa dočítate aj:

• koľko neobjavených čiernych dier je v našej galaxii a čo by sa stalo so Zemou, ak by do nejakej z nich „spadla“;
• čo by sa stalo, ak by sa na čiernu dieru zmenilo naše Slnko;
• prečo sa nevrátil na Slovensko, ale do Česka.

Pamätáte sa ešte, čo ste uvideli ako prvé cez hvezdársky ďalekohľad?

Krátery na Mesiaci. Tie som už poznal z obrázkov z misie Apollo, ale vidieť to cez ďalekohľad bolo pre mňa ako sci-fi. Moje vedomé rozhodnutie, že chcem byť astronómom, potom padlo v piatom ročníku. Pani učiteľke som rozprával o poslednej misii raketoplánu a ona mi povedala, že by som mal byť astronómom. Vtedy som si povedal „aha!“ a už som o tom ani raz nezapochyboval. Je to pre mňa povolanie v pravom slova zmysle.

Video: Ako Gemer prešiel od bohatstva k úpadku a prečo sme práve v Rožňave (autorka: Martina Koník)

Stretli ste sa v detstve aj s nejakým astronómom, ktorý vás výrazne inšpiroval?

Mal som veľmi rád prednášky, ktoré chodil robiť do Rožňavy český astrofyzik Jiří Grygar. Keď som z nich chodil domov, tak som si v hlave opakoval všetko, čo povedal, aby som to nezabudol. Neskôr sa stal mojím mentorom na gymnáziu. Po jednej z prednášok som sa ho odhodlal opýtať, či by bol konzultantom jednej mojej práce. Súhlasil, a to ma úžasne nakoplo. Som mu za to veľmi vďačný a dodnes sme v kontakte. Aj ja často popularizujem astronómiu a robím rozličné prednášky. Cítim to tak, že som v živote veľa dostal, a preto sa snažím aspoň časť z toho vrátiť späť.

Vo výskume sa venujete aj supermasívnym čiernym dieram. Sú to tie obrovské lieviky, ktoré nenávratne pohltia všetko, čo im príde do cesty, ako ich poznáme z filmov?

Vo filmoch to býva trochu zdramatizované, ale v podstate áno. Sú to vesmírne objekty obklopené takzvaným horizontom udalostí, čo je zdanlivá hranica. Keď ju prekročíte, nedokážete sa vy, žiadna iná hmota a dokonca ani svetlo vrátiť späť.

Ako ďaleko od čiernej diery je táto hranica?

To závisí od jej hmotnosti. Keby sme chceli urobiť čiernu dieru zo Zeme, tak by sme ju najprv museli zmenšiť do guľôčky s veľkosťou hrozna. Jej horizont udalostí by mal potom polomer asi deväť milimetrov.

Keď prejde hviezda, asteroid alebo planéta za horizont udalostí, aký je jej ďalší osud?

Prispeje k hmotnosti čiernej diery. Čierna diera narastie a my to teleso už nikdy zvonku neuvidíme. Jednoducho zmizne z nášho pozorovateľného vesmíru a stane sa jej súčasťou.

Koľko takýchto supermasívnych čiernych dier je vo vesmíre?

Jedna je v strede každej galaxie. Čierne diery uprostred najväčších eliptických galaxií sú pritom len o niečo menšie ako celá naša slnečná sústava. Aby ste si vedeli predstaviť ich dosah, tak ich horizont udalostí je asi taký veľký ako vzdialenosť od Slnka po Neptún.

Je najbližšia supermasívna čierna diera od Zeme dostatočne ďaleko, alebo nás môže za istých okolností pohltiť?

Nemusíte sa obávať – čierna diera v strede našej galaxie je vzdialená 25-tisíc svetelných rokov. Slnko je pritom vzdialené „od Slovenska“ osem svetelných minút a Mesiac jednu svetelnú sekundu. Na vesmírne štandardy je vlastne relatívne malá. Ak si spomínate na čiernu dieru, ktorú sa minulý rok vedcom podarilo odfotiť, tak tá má 6,6 miliárd hmotností nášho Slnka. Tá naša má v sebe iba štyri milióny slnečnej váhy.

Čo by sa stalo, ak by Zem prekročila horizont udalostí?

Supermasívna čierna diera je taká veľká, že by nás pri prechode cez horizont udalostí pravdepodobne neroztrhala. Tešiť by sme sa však z toho mohli, len kým by sme nespadli do singularity na jej zdanlivom dne. V jej blízkosti by nás už jej gravitačné pole takmer určite natiahlo a roztrhlo. Vonkajší pozorovateľ by však videl iba to, ako sa k čiernej diere nekonečne dlho približujeme. V jeho očiach by sme zároveň stále viac červeneli.

Prečo by sme očerveneli?

Smerom k horizontu udalostí sa zvyšuje gravitácia. Takže sa naťahuje vlnová dĺžka svetla. Volá sa to gravitačný červený posun, keďže dlhé vlny svetla sú červené a krátke sú modré. Ak by sme mali napríklad lúč svetla z obyčajnej baterky, ktorý je za normálnych okolností žltý, tak sa zmení najprv na červenú, potom infračervenú, neskôr by žiaril v rádiovej oblasti spektra a tak ďalej.

Aký je rozdiel medzi supermasívnou čiernou dierou a obyčajnou?

V hmotnosti. Zatiaľ čo obyčajné čierne diery majú rádovo desať až sto hmotností Slnka, pri supermasívnych môžeme hovoriť o milióne až desiatich miliardách. Obidve sú rozhodne ťažšie, ako dokáže poňať bežná predstavivosť. Iste ste si všimli, že by malo existovať aj niečo medzi, takzvané stredne hmotné čierne diery. Lenže tie nevieme nájsť. Sú už veľmi hmotné na to, aby boli súčasťou dvojhviezdy, ale príliš malé na to, aby sme z veľkej diaľky jasne videli, ako požierajú hmotu okolo seba. Takže tento dôležitý medzičlánok nám stále chýba.

Čiernych dier zatiaľ poznáme relatívne málo a prvýkrát sa jednu z nich vedcom podarilo „odfotiť“ minulý rok. Prečo je to také komplikované?

Čierne diery sú ešte stále novým objavom. Je vlastne úžasné, že pred desiatkami rokov sa zdali byť iba výplodom fantázie teoretikov a dnes už máme prvú fotografiu. Existencia čiernych dier vyplynula inak aj z Einsteinovej teórie relativity, pričom on sám ich existenciu odmietal. Ich pozorovanie je náročné, pretože sú v podstate neviditeľné. Že sa niekde nachádzajú, vieme potvrdiť iba z toho, ako pôsobia na okolie. Napríklad keď čierna diera požiera veľké množstvo hmoty a v jej blízkosti sa uvoľňuje veľké množstvo energie.

Koľko neobjavených čiernych dier je približne v našej galaxii?

Odhadom to je asi desať miliónov tých „malých“ čiernych dier. Vidíme však iba pár z nich.

Nemôže Zem pri putovaní vesmírom nejakú z nich stretnúť?

Je to veľmi málo pravdepodobné. Čierna diera nie je vysávač. Keby sa naše Slnko zmenilo na čiernu dieru, tak by síce zhaslo a život na Zemi by preto nemal šancu, ale naša planéta by ďalej obiehala okolo. V našej galaxii je 400 miliárd hviezd a 10 miliónov čiernych dier, takže je oveľa pravdepodobnejšie, že by nám nejaké problémy mohol spôsobiť skôr neočakávane blízky prelet hviezdy.

Takže strach z čiernych dier pramení zo sci-fi literatúry a filmov?

Áno, aj. Ide hlavne o tú tajomnosť, ktorú v sebe majú. Blížiacu sa hviezdu, ktorá by nás mohla ohroziť, by sme videli. No čiernu dieru by sme vedeli zachytiť, iba ak by práve niečo požierala.

Môže sa čierna diera „prejesť“ hmoty?

Požierať hmotu môže donekonečna. Najhmotnejšie čierne diery majú niekoľko desiatok miliárd hmotnosti Slnka.

Okrem čiernych dier skúmate aj kopy galaxií. Koľko galaxií je v takej kope?

Stovky až tisíce.

Je pri takomto množstve galaxií možné, že nie sme jedinou planétou, na ktorej je život? 

Primitívny život je podľa mňa vo vesmíre veľmi rozšírený. Zo skúsenosti na Zemi vieme, že ak sú na planéte vhodné podmienky, vie tam vzniknúť relatívne rýchlo. No inteligentná technická civilizácia asi nebude taká častá. Na jej vznik je totiž potrebné, aby na planéte boli podmienky vhodné na život počas veľmi dlhého času. To však stále môže znamenať aj miliardu vyspelých civilizácií. V pozorovateľnom vesmíre máme stovky miliárd galaxií, ktoré sú plné planét. Takže naša civilizácia je síce špeciálna, ale pochybujem, že je jediná.

Aj naša galaxia sa pohybuje v nejakej kope?

Nie, naša galaxia putuje vesmírom spoločne s galaxiou M31 v Androméde a okolitými trpasličími galaxiami. Kopy galaxií sú tie najhustejšie miesta vo vesmíre. Priestor medzi nimi vypĺňa horúci plyn, ktorý má teplotu 10 až 100 miliónov stupňov Celzia a vyžaruje röntgenové žiarenie. Tento plyn je však veľmi riedky, a keby sme tadiaľ prechádzali na kozmickej lodi, tak by nám jeho teplota neublížila. Priestoru medzi galaxiami je veľmi veľa, čiže v horúcom plyne je oveľa viac hmoty než vo hviezdach a v planétach dokopy.

Aký zmysel má výskum medzigalaktického plynu a čiernych dier?

V prvom rade ho skúmame, pretože sme zvedaví. Chceme poznať svet, do ktorého sme sa narodili, a zistiť, ako vznikla naša Zem, slnečná sústava či vesmír. Tieto otázky si ľudia kladú odnepamäti. Medzigalaktický plyn aj čierne diery nám môžu prezradiť niečo o tom, prečo náš vesmír vyzerá tak, ako vyzerá.

Iba desať percent normálnej hmoty vesmíru je vo forme hviezd a planét, zvyšok tvorí medzigalaktický plyn. Chceme vedieť, prečo to tak je, a zdá sa, že aspoň čiastočne za to môžu supermasívne čierne diery. V ich okolí totiž vznikajú výtrysky, ktoré plyn zohrievajú. Keďže nemôže vychladnúť a zhustnúť, nemôže ani vytvoriť nové hviezdy. Čierne diery vlastne kontrolujú tvorbu hviezd. Familiárne ich voláme aj „sochári vesmíru“.

Má takýto výskum aj nejaké praktické využitie?

Keď chcem zistiť o vesmíre viac ako pozorovateľ, potrebujem lepší ďalekohľad, detektor či družicu. Náš výskum posúva ďalej aj technický výskum na Zemi. Napríklad CCD kamery, ktoré má dnes každý v podobe fotoaparátu v mobile, boli v 70. rokoch mimoriadne drahou technikou, ktorá sa používala na astronomické pozorovania. Vďaka napredujúcemu výskumu sa vyvíjala aj technika, kamery zlacneli a dnes ich má vo vrecku takmer každý, nielen vojaci či astronómovia.

Momentálne rozbiehate vlastnú vedeckú skupinu na Masarykovej univerzite v Brne. Čomu sa bude venovať?

Budeme sa naďalej zaoberať astrofyzikou vysokých energií, čiže sledovať, ako horúci plyn a čierne diery ovplyvňujú vývoj galaxií. Okrem toho chceme využiť aj rýchly vývoj techniky. Vďaka nemu dnes vieme okrem veľkých miliardových družíc stavať aj také, ktoré sú veľké ako škatuľa od vína. Postaviť a vypustiť takúto družicu dnes stojí okolo 350-tisíc eur a ich cena stále klesá. Takéto „cubesaty“ dnes dokážu zmysluplne pomáhať výskumu astrofyziky. S kolegami v Maďarsku sme preto postavili detektor gama žiarenia, ktorý v takejto malej českej družici s názvom VZLUSAT-2 vynesie v decembri do vesmíru jedna z rakiet Falcon 9 Elona Muska. Začiatkom budúceho roka by mal byť náš detektor vypustený aj na družici GRBAlpha, ktorú pripravujeme s tímom, ktorý postavil slovenskú družicu skCUBE.

Čo viete z gama žiarenia zistiť?

Jeho záblesky vznikajú, keď sa veľmi hmotná hviezda zrúti do čiernej diery alebo dôjde k zrážke neutrónových hviezd. Ak určíme miesto gama záblesku na oblohe, identifikujeme objekt vhodný na výskum ďalšími ďalekohľadmi. Ak bude naša misia úspešná, tak môžeme byť prví v histórii, ktorí záblesk gama žiarenia zaznamenajú takouto malou družicou. Naším dlhodobým cieľom je mať konšteláciu cubesatov, ktoré budú monitorovať celú oblohu. Mojou víziou je doplniť prácu veľkých vesmírnych ďalekohľadov týmito menšími družicami, ktoré si môže dovoliť aj univerzita. Vďaka lacnejšej technike a s troškou kreativity môžeme dnes robiť zaujímavú vedu, aj keď nemáme stovky miliónov.

Osem rokov ste pôsobili na Stanforde v Spojených štátoch, okrem toho ste pracovali aj v Holandsku, Japonsku, Maďarsku a teraz v Česku. Kde sa vám robila veda najlepšie?

Výborne sa mi robilo v Spojených štátoch. Vyhovovalo mi pozitívne naladenie, ktoré bolo na Stanforde a celkovo v Silicon Valley všadeprítomné. Nastavenie „keď máš dobrý nápad, venuj sa mu, skúšaj a dokážeš to“ a intelektuálne prostredie boli pre mňa úžasnou inšpiráciou.

Prečo ste sa vrátili do Európy?

Nikdy som neplánoval zostať v Spojených štátoch. Už keď som si odišiel robiť doktorandúru do Holandska, vedel som, že čo sa tam naučím, chcem priniesť späť. Mojím cieľom bolo robiť špičkovú vedu v našom stredoeurópskom priestore. Lebo ona sa tu dá robiť.

Nezvažovali ste aj návrat na Slovensko?

Nedostal som tu takú možnosť ako v susedných krajinách. Ale ak by som bol býval mal príležitosť založiť výskumný tím na Slovensku, tak by som neváhal.

Kde ste sa prvýkrát stretli s vesmírom a ako ste sa dostali k astrofyzike?

Prvotnou inšpiráciou bol môj otec. Dal mi brožúrku, ktorú vydali Američania po prvom pristátí na Mesiaci. Keď sa ako dieťa pozriete na Mesiac na oblohe, je pre vás nepochopiteľné, ako po ňom môžu chodiť ľudia a že to nie je len nejaká svetelná guľa. Otec mi potom vysvetlil, že existuje gravitácia a človek z toho Mesiaca nespadne. Pre moju detskú myseľ to bolo niečo úžasné. Otec ma potom často brával do rožňavskej hvezdárne, ktorú ešte spoluzakladal aj môj dedko. Inak existuje fotografia, kde túto hvezdáreň môj otec ešte ako gymnazista pomáha stavať s lopatou v ruke. Hviezdy a vesmír teda máme v rodine.