Pád do čiernej diery nemusí byť bolestivý, vraví astrofyzik Norbert Werner a vyberá päť kníh o vesmíre

Keby ste spadli do čiernej diery, tak si to možno ani nevšimnete. „V prípade supermasívnej čiernej diery to nemusí byť bolestivé,“ vraví astrofyzik Norbert Werner. Neroztrhne vás to hneď, horšie však bude, keď sa človek priblíži k stredu čiernej diery.

Werner je vedúcim výskumnej skupiny na Masarykovej univerzite v Brne. V minulosti získal grant NASA a osem rokov pôsobil na americkom Stanforde. Študuje najhorúcejšie a najenergetickejšie javy vo vesmíre, spolu so Samuelom „Vedátorom“ Kováčikom napísali knihu Rozhovory o vesmíre.

Do rubriky Päť kníh vybral knižky o vesmíre. V rozhovore vraví, že existencia čiernych dier bola veľmi dlho spochybňovaná.

„Pamätám si, že keď som na začiatku 90. rokov robil na škole fyzikálnu olympiádu, stretol som astronóma, ktorý mi povedal, že čierne diery neexistujú, že je to len výmysel teoretikov. A dnes je to úplne pevná súčasť nášho modelu vesmíru. Vieme nielen to, že čierne diery existujú, ale dokonca ovplyvňujú, ako sa vytvárajú, formujú a vyvíjajú celé galaxie,“ hovorí.

Ste zástancom výskumu vesmíru pomocou nanodružíc. Prečo?

Väčšinu svojej kariéry som skúmal vesmír pomocou veľkých družíc, akými sú európska röntgenová družica XMM-Newton a americká Chandra. Tieto dve veľké družice boli vypustené v roku 1999 a sú rovnako dôležité ako verejnosti oveľa známejší Hubblov vesmírny ďalekohľad alebo ďalekohľad Jamesa Webba. Tieto družice skúmajú vesmír nie v optickej oblasti spektra, ale v röntgenovej oblasti spektra. Skúmajú teda tie najhorúcejšie a najenergetickejšie javy vo vesmíre.

Malým družiciam som sa začal venovať až v roku 2016. Bolo to po tom, čo sa japonská družica Hitomi Astro H nejakých 36 dní po štarte na obežnej dráhe rozpadla. Jej výskumný program som pomáhal dávať dohromady a bol som v tíme, ktorý analyzoval prvé dáta z družice.

Hitomi bola veľká družica, bola to najväčšia japonská vedecká misia. Tieto družice sú obrovskými investíciami, je to ako novodobé stavanie chrámov či katedrál. Sú to projekty na desaťročia. Nebolo to vždy tak, prvé misie v 60. a 70. rokoch sa postavili za veľmi krátky čas. Vtedy to ešte neboli až také katedrály ako dnes.

Preto ste sa začali zaujímať o lacnejšie a rýchlejšie možnosti?

Začal som sa zamýšľať nad tým, či by sa veda dala robiť aj s o mnoho lacnejšími nanosatelitmi – takzvanými cubesat. Na Slovensku som poznal SOSA (Slovenská organizácia pre vesmírne aktivity – pozn. red.), ktorá vyvíjala skCUBE, a vedel som, že takéto satelity začínajú vznikať všade po svete. Rozmýšľal som nad tým, či by sa nedali využiť na zaujímavú vedu. Vedel som, že by nenahradili veľké misie, ale mohli by ich doplniť. A ukázalo sa, že ich naozaj dokážu dopĺňať.

Ďalším pozitívom je, že keď vzniknú tímy, ktoré dokážu tieto nanodružice stavať, tak sa dá prísť k ďalšiemu kroku. Tým sú stredne veľké družice, ktoré majú 100 kíl a dokážu robiť veci, ktoré vedeli robiť niektoré väčšie družice pred 20 rokmi.

Zničenie japonskej družice Hitomi muselo byť čiernym dňom pre vašu kariéru. Čo to vtedy pre vás znamenalo? Ako dlho by ste so svojím výskumom museli čakať na ďalšiu podobnú veľkú družicu?

Vtedy som mohol ďalej analyzovať dáta z XMM-Newtona a Chandry. To sú družice, ktoré dodnes fungujú, aj keď NASA sa už chystá Chandru vypnúť. Japonsko nakoniec namiesto Hitomi vyslalo novú misiu, ale urobilo to až minulý rok v septembri. Aj preto som teraz v Japonsku, trvalo to teda zhruba sedem rokov.

Ako nanodružica vyzerá?

Je to kocka s rozmermi 10 × 10 × 10 cm.

Koľko stojí jej vývoj a vynesenie do vesmíru?

Závisí to od toho, kto ich stavia a ako. Cena sa pohybuje od státisícov eur po niekoľko miliónov. Keď nanodružice stavia NASA, stojí to 5 miliónov dolárov, lebo je to NASA.

Na vypustení koľkých nanodružíc ste už spolupracovali?

Zatiaľ sú na obežnej dráhe dve – GRBAlpha, ktorá lieta pod slovenskou vlajkou a ide o medzinárodný projekt maďarsko-japonsko-slovensko-český, a česká družica VZLUSAT-2, na ktorej máme naše detektory.

Ďalšia družica pod slovenskou vlajkou sa volá GRBBeta. Momentálne čaká na štart a do vesmíru poletí na rakete Ariane 6. Štart je naplánovaný na júl, ale ešte sa môže posunúť.

Študujete najhorúcejšie miesta a najenergetickejšie javy vo vesmíre. Rozumiem tomu správne, že tieto veci neviete v dôsledku atmosféry pozorovať z povrchu Zeme, ale ste odkázaný na družice?

Áno, röntgenové žiarenie z okolia čiernych dier alebo z kôp galaxií, ktoré skúmam, je absorbované zemskou atmosférou. Keď teda chceme pozorovať vesmír na týchto vlnových dĺžkach, musíme ísť do vesmíru. Inak sa to robiť nedá.

Čo vás vo vašom výskume teraz najviac fascinuje?

Fascinujú ma objavy galaxií vo veľmi vzdialenom vesmíre. Keď sa pozeráme do veľmi veľkej vzdialenosti, tak sa vlastne pozeráme do minulosti. Vidíme teda vesmír, ako vyzeral krátko po Veľkom tresku. Pomocou ďalekohľadu Jamesa Webba teraz vidíme, ako galaxie vyzerali pol miliardy rokov po Veľkom tresku.

Niektoré polia, ktoré pozoruje James Webb, pozoruje aj družica Chandra. Postdoktorandka v mojej výskumnej skupine Orsolya Kovács analyzovala röntgenové zdroje, ktoré sú na miestach týchto vzdialených galaxií, a podarilo sa jej takto objaviť dve supermasívne čierne diery, ktoré existovali už pol miliardy rokov po veľkom tresku.

Doposiaľ sme ich nepoznali?

Takéto sme nepoznali. Tieto čierne diery majú 10 miliónov, možno až 100 miliónov hmotnosti Slnka. Naša naivná predstava o tom, ako takáto supermasívna čierna diera vzniká, vraví, že hviezda sa na konci svojho života gravitačne zrúti a premení sa na čiernu dieru. Potrebuje všaj čas, aby narástla na hmotnosť 10, 100 či 1000 miliónov hmotnosti Slnka. Teraz však vidíme, že už 500 miliónov rokov po veľkom tresku existovali supermasívne čierne diery. Ako je to možné? Ako vznikli?

Naznačuje to, že vznikli inak, než sme si mysleli. Možno vznikli priamo gravitačným zrútením veľkých oblakov plynu. Dozvedáme sa teda nové veci o vzniku čiernych dier.

Fascinuje ma na tom aj to, že tieto čierne diery majú krátko po veľkom tresku hmotnosť ako všetky hviezdy v galaxiách, v ktorých sa nachádzajú. Pritom v normálnej galaxii a v blízkom vesmíre má čierna diera len tisícinu hmotnosti všetkých hviezd v galaxii. V ranom vesmíre bola hmotnosť rovnaká, a tak to vyzerá, ako keby galaxie rástli okolo čiernej diery.

Dobre si tipnem, keď poviem, že astronóm a popularizátor vedy Carl Sagan bol jedným z tých, ktorí vás v detstve prilákali k štúdiu vesmíru?

Áno. Carl Sagan mal seriál Cosmos, ktorý vyšiel aj knižne. Keď som bol dieťaťom v Rožňave, v maďarskej televízii tento seriál vysielali asi v roku 1990. Môj otec nahral všetky diely na videokazety a ja som si ich potom púšťal.

Keď som bol na gymnáziu, kúpil som si knižku Kosmos, ktorá vtedy vyšla v češtine a doslov napísal Jiří Grygar. Tá knižka je krásne napísaná, cítiť z nej fascináciu vesmírom. Bola to pre mňa silná inšpirácia.

Vyšli už aj dve nové série seriálu Cosmos, ktoré moderoval americký astrofyzik Neil deGrasse Tyson. Tie majú trochu z ducha pôvodného Cosmosu, pretože na nich spolupracovala aj manželka Carla Sagana Ann Druyan, ktorá s ním spolupracovala na všetkých jeho knižkách. No ja osobne preferujem pôvodný Cosmos z roku 1980, ktorý robil Sagan.

Sú veci, ktoré opísal, stále aktuálne?

Áno, väčšina vecí je stále relevantná. Samozrejme, veda odvtedy v mnohých veciach pokročila, ale stále je to pekné a veľmi dobré čítanie. Stále má čo dať čitateľovi.

Seriál sa dá nájsť aj na YouTube. Prináša kniha niečo viac ako jej televízna verzia?

Áno, v knihe je viac podrobnejších informácií.

Do pätice odporúčaných kníh ste chceli dať aj Saganovu knihu Kontakt, no už sa tam nezmestila. Je to vaše obľúbené sci-fi?

Kontakt je sci-fi film z 90. rokov. Kniha vyšla už v 80. rokoch, má trochu inú dejovú líniu a ide viac do hĺbky. Keď ju Sagan písal, chcel prísť s takým spôsobom cestovania nadsvetelnou rýchlosťou, ktorý by neodporoval fyzike. Požiadal teda teoretického fyzika Kipa Thorna, aby mu pomohol s opisom cestovania cez červie diery. Táto možnosť síce nie je vedecky potvrdená, ale veda aspoň nevylučuje, že by niečo také mohlo teoreticky existovať. Kip Thorne s tým teda prišiel a potom to opísal vo svojej knižke Černé díry a zborcený čas.

Československá televízia chcela vysielať Saganov Cosmos, ale bolo by to vraj príliš drahé, a tak vznikla relácia Okná vesmíru dokorán. Môžeme povedať, že to, čo znamenal Carl Sagan pre medzinárodné publikum, predstavoval Jiří Grygar v československom priestore?

Áno, pre mňa bol Grygar nesmiernou inšpiráciou a nielen cez ten seriál, ale aj prostredníctvom jeho prednášok o astronómii, ktoré robil po celom Československu.

Okná vesmíru dokorán potom vyšli aj knižne a je to veľmi pekná kniha. Grygar vie krásne rozprávať a písať a v knihe sú aj krásne ilustrácie od Káju Saudka. Keď sme so Samuelom Kováčikom robili našu knihu Rozhovory o vesmíre, takisto sme hľadali ilustrátora, ktorý robí komiksy, a bolo nám jasné, že ilustrácie v našej knižke majú byť odkazom na Grygara a Saudka. Ich kniha sa už síce nepredáva v kníhkupectvách, ale v antikvariátoch sa k nej dá relatívne jednoducho dostať.

Viete odporučiť nejakých iných tvorcov, ktorí dnes podobným spôsobom popularizujú astronómiu ako Sagan a Grygar?

Neviem. Dnes mnohí popularizátori vedy nerobia nič iné, len popularizujú vedu. No Carl Sagan bol zapojený do vedeckého výskumu, učil na univerzite, pracoval na planetárnych misiách, Grygar bol takisto aktívnym vedcom. Neil deGrasse Tyson je len popularizátor vedy a podobne je to aj s ďalšími menami.

Ja mám nesmierne rád youtubové videá od Dr. Becky, ktorá je postdoktorandkou na Oxforde a robí videá o vede. Vedecky je veľmi aktívna, sleduje nové veci a robí o nich videá, ktoré sú veľmi populárne a výborné.

Ale už sú asi určené pre diváka, ktorý má nejaké vedecké základy.

Áno, je to pre niekoho, koho astronómia zaujíma. Napísala aj knižku o čiernych dierach (A Brief History of Black Holes). Informácie z jej videí sa dajú prijímať na viacerých úrovniach, takže aj človek, ktorý niektorým veciam nerozumie, sa dozvie veľa nového.

Už ste spomenuli knižku Kipa Thorna Černé díry a zborcený čas. V blízkosti čiernych dier sa spomaľuje aj čas. Prečo je také zaujímavé študovať, ako čierne diery deformujú čas?

Čierne diery svojou gravitáciou deformujú celý časopriestor, nielen čas. Čierne diery sú zaujímavé, lebo vzišli z teórie a výpočtov, podľa ktorých by malo v prírode existovať niečo ako singularita, okolo ktorej je horizont udalostí. Horizont udalostí je tá hranica, ktorou keď niečo prejde, tak už nikdy tú čiernu dieru neopustí.

Existencia čiernych dier bola veľmi dlho spochybňovaná, pretože keď vám v teórii vyjde singularita, znamená to, že asi je v tej teórii niečo zlé. Úplne totiž nechápeme, prečo by v prírode mali existovať nekonečná.

Prečo ste odporučili knihu Kipa Thorna?

Tá kniha je úžasná v tom, že opisuje, ako dochádza k vedeckému progresu. Človek sa dočíta o tom, ako vedci rozmýšľali, ako robili objavy, aké boli vzťahy medzi fyzikmi a astrofyzikmi. Kip Thorne sa stretával aj so sovietskymi vedcami, vymieňali si poznatky a toto všetko opísal. Vysvetľuje tiež, ako jedna inšpirácia vedie k druhej a ako to potom vedie k objavom. Keď si to človek číta, dozvie sa veľa o vedeckom procese.

Spomenul by som ešte jednu vec o čiernych dierach. Teoreticky boli predpovedané čierne diery s hmotnosťou hviezd či s ich desaťnásobkom alebo dvadsaťnásobkom. No nikto nepredpovedal existenciu supermasívnych čiernych dier. Tento objav bol prekvapením a aj to je v knižke pekne opísané.

Pamätám si, že keď som na začiatku 90. rokov robil na škole fyzikálnu olympiádu, stretol som astronóma, ktorý mi povedal, že čierne diery neexistujú, že je to len výmysel teoretikov. A dnes je to úplne pevná súčasť nášho modelu vesmíru. Vieme nielen to, že čierne diery existujú, ale dokonca ovplyvňujú, ako sa vytvárajú, formujú a vyvíjajú celé galaxie.

Kip Thorne píše aj o červích dierach. V čom sa odlišujú od čiernych dier?

Červie diery sú hypotetické a málokto verí, že naozaj existujú. Ale hypoteticky by mohli existovať akési skratky vesmírom. Teda že niečo padne do čiernej diery a cez červiu dieru, ktorá by mohla byť ako akýsi tunel, by to prešlo do bielej diery. Tak by sa dalo priestorom cestovať rýchlejšie ako rýchlosťou svetla.

Čiže vy ste skôr skeptický, že sa niečo takéto potvrdí a že ľudstvo v ďalekej budúcnosti bude cestovať červími dierami?

Som skeptický, ale budem veľmi rád, keď ma niekto presvedčí o opaku.

O čiernych dierach je aj ďalšia kniha, ktorú ste odporučili – Válka o černé díry od Leonarda Susskinda. Podtitul knihy je: Súboj so Stephenom Hawkingom o záchranu princípov kvantovej mechaniky. V čom spočíva spor medzi Susskindom a Hawkingom?

Túto knihu som si kúpil nedávno, aby som lepšie pochopil niektoré veci, ktoré sú na hranici medzi teoretickou fyzikou a astrofyzikou. Rozprávame sa o nich v našej novej knižke aj so Samuelom Kováčikom, v ktorej sa buď on pýta mňa na astronómiu, alebo ja jeho na fyziku, prípadne máme nejakého spoločného hosťa.

Mnohé veci z teoretickej fyziky, napríklad holografický vesmír, boli pre mňa veľmi zložité a ťažko uchopiteľné. O týchto veciach píše práve Leonard Susskind. Predstavuje vzťahy s kolegami a jedným jeho kolegom bol práve Stephen Hawking. Boli si blízki a v knihe nejde o nejakú vojnu, ale o výmenu názorov na niektoré problémy. Keď teda niekoho zaujíma teoretická fyzika a chce z tohto pohľadu pochopiť čierne diery, tak táto knižka je veľmi zrozumiteľne a krásne napísaná.

O čiernych dierach vieme, že pohlcujú všetko, čo sa k nim priblíži, aj svetlo. Čo sa stane s tým, čo čierne diery pohltia?

Stane sa to súčasťou čiernej diery a čierna diera zvýši svoju hmotnosť. Ale to, čo je v strede čiernej diery, či je to singularita alebo niečo iné, to nevieme. Ak sa potvrdí teória strún, možno zistíme, že to nie je singularita, ale niečo iné.

Keby ste spadli do supermasívnej čiernej diery, teda takej, ktorá má hmotnosť desiatok miliónov hmotnosti Slnka, tak v momente, keď preletíte cez horizont udalostí, si možno ani nič nevšimnete. Neroztrhne vás to hneď. Horšie bude, keď sa človek priblíži k stredu, kde je tá domnelá singularita.

Prepadnutie cez horizont udalostí teda vôbec nemusí byť bolestivé a človek ho fyzicky ani nepocíti?

Áno, toto je len hranica, odkiaľ sa už nevráti. Ale v prípade supermasívnej čiernej diery to nemusí byť bolestivé.

Čo sa stane, ak čierna diera zanikne? O tom bol aj spor medzi Susskindom a Hawkingom?

Spor je o tom, či sa informácia stratí alebo nestratí. Čierne diery sa dokážu odparovať. To bol najslávnejší objav Stephena Hawkinga, ale ideme už do veľmi zložitých vecí. V každom prípade to odparovanie je mimoriadne pomalé a postupné. Takže to pre nás ani nie je až také relevantné. Je to relevantné, ak chceme pochopiť fyziku do hĺbky.

Keď študujeme čierne diery, študujeme extrémne objekty. A štúdium extrémnych objektov nám môže pomôcť pochopiť fungovanie vesmíru. Tam sa môžeme dozvedieť o novej fyzike.

Je bežné, že sa nejaká čierna diera vyparí?

Nie, v dnešnom vesmíre by sa dokázali vyparovať len mikroskopické čierne diery. A nevieme, či mikroskopické čierne diery skutočne existujú. Také čierne diery, ktoré vieme, že existujú, teda stelárne a supermasívne, z okolitého vesmíru stále požierajú omnoho viac, než by stratili vyparovaním. Neznižujú teda svoju hmotnosť.

Prečo ste ako piatu knihu do našej rubriky vybrali práve 2001: Vesmírnu odyseu?

Nevedel som sa rozhodnúť, či odporučiť Vesmírnu odyseu alebo trilógiu Problém troch telies. Nakoniec som vybral klasiku, lebo mnohí poznajú film, ale aj knižka je fascinujúca. Arthur C. Clarke ju napísal ešte pred pristátím človeka na Mesiaci.

V roku 2001 sme technologicky ešte neboli tam, kde on dúfal, že budeme, ale keď si človek vezme túto knižku do ruky, uvedomí si, kedy bola prvýkrát vydaná a aké veci sú v nej opísané, tak musí uznať, že Arthur C. Clarke bol vizionár. Predpovedá napríklad, že budeme platiť kartami. Hlavný hrdina si na vesmírnej stanici rozroluje niečo elektronické, niečo ako iPad a na tom číta elektronické noviny zo Zeme. Je tam aj nádherne opísaný východ Slnka na Mesiaci, najprv astronaut vidí koronu a potom aj samotné Slnko. Čítame tam o ceste k Jupiteru a Saturnu, o prelete okolo asteroidu, o umelej inteligencii. Tá kniha je aj dnes relevantná a oplatí sa k nej vrátiť.

Čo sa z týchto knižiek dozvieme o mimozemskom živote?

Carl Sagan sa celý svoj život venoval otázke mimozemského života a hľadaniu mimozemskej inteligencie. Je o tom aj jeho kniha Kontakt, ktorá je o projekte SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence, teda hľadanie mimozemskej inteligencie – pozn. red.).

Sagan mal pozitívny pohľad a tvrdil, že ak sa civilizácia naučí žiť v harmónii sama so sebou a so svojím prostredím, tak prežije. Ak sa to nenaučí, tak zanikne. To znamená, že keď nadviažeme s takouto civilizáciou kontakt, tak nebude agresívna a nebude nás chcieť zabiť, ale bude to civilizácia, od ktorej by sme sa dokázali veľa naučiť.

To je odlišný pohľad od toho, ktorý je napríklad v knihe Problém troch telies, kde je všetko hra s nulovým súčtom a civilizácie sú si navzájom nebezpečné.

Saganov pohľad je mi bližší, a keď ho intelektuálne analyzujeme, tak je podľa mňa aj pravdepodobnejší.

Dúfajme, že máte vy aj Sagan pravdu. Mám poslednú otázku: Aké iné knihy rád čítate?

Počúvam veľa audiokníh. Čo sa týka fyziky, veľmi sa mi páčia knižky Carla Rovelliho.

Dobrou správou pre čitateľov je, že jeho knižky už vychádzajú aj v slovenčine.

Áno. A v poslednom čase som počúval knižky o diktátoroch a diktatúrach, atómovej vojne a podobných nepekných veciach, ale tie tu teraz asi nespomínajme.