Denník N

V strede našej galaxie je čierna diera s hmotnosťou miliónov sĺnk, vedci na ňu namierili teleskopy po celej Zemi

Satelit NASA Chandra priniesol v roku 2011 prvé priame dôkazy bežného výskytu superhmotných čiernych dier v skorých fázach evolúcie vesmíru. Ilustračné foto – TASR/AP
Satelit NASA Chandra priniesol v roku 2011 prvé priame dôkazy bežného výskytu superhmotných čiernych dier v skorých fázach evolúcie vesmíru. Ilustračné foto – TASR/AP

Pri čiernej diere stlačí gravitácia hmotu do jediného (takmer) bodu. Okolo sa vytvorí horizont udalostí, odkiaľ neunikne nič, ani svetlo. Následkom obrovskej gravitácie tam beží čas pomalšie: strávite tam hodinu, no na rakete, ktorá sa držala v bezpečnej vzdialenosti, prebehne pokojne aj mesiac alebo rok.

Autor je fyzik

Ak chceme poslať družicu napríklad na Mars, potrebujeme raketu s obrovskou zásobou paliva, lebo vymaniť sa z gravitačného poľa Zeme je pomerne náročné.

Takzvaná úniková rýchlosť z jej povrchu je vyše 11 kilometrov za sekundu. Čím je objekt hmotnejší, tým vyššia musí byť jeho úniková rýchlosť. Na Jupiteri je to päťnásobne viac, na Slnku dokonca vyše päťdesiatkrát viac.

Z toho vychádza otázka: môžu vo vesmíre existovať objekty, pre ktoré je úniková rýchlosť väčšia ako rýchlosť svetla a nič im tak nemôže uniknúť?

Odpoveď je áno, môžu. A nemusia byť ani také ťažké. Kľúčové je, nakoľko sa im podarí skoncentrovať hmotu. Napríklad také Slnko by sme museli stlačiť tak, aby sa mu obvod scvrkol z vyše 4 miliónov kilometrov na 20.

Biely trpaslík, nova a supernova

Čo bráni hviezdam, aby sa scvrkávali? Ak by sme zobrali veľkú kopu prachu, začala by sa pod vplyvom vlastnej gravitácie stláčať a zmenšovať. Hviezdy sú tvorené prevažne z vodíka, hélia a ďalších ľahkých prvkov, ktoré sa pri stláčaní zahrejú a spustia termonukleárne reakcie, ktoré sa, naopak, snažia objem nafúknuť.

Predstavte si to ako neustále vybuchujúce atómové bomby, ktoré drží pokope ich vlastná gravitácia: ide o veľmi divokú rovnováhu.

Problém nastáva, keď začne palivo dochádzať. Tu je veľa možností, situácia sa líši podľa toho, aká veľká je hviezda či aké je jej zloženie. Skúmaním toho, ako zomierajú hviezdy, trávia astrofyzici desaťročia výskumu.

Niekedy skončí hviezda potichu a ostane tlieť ako biely trpaslík. Inokedy exploduje vo forme novy, supernovy či dokonca hypernovy, ožiari celú galaxiu a vyvrhne hmotu do okolia. Vidieť ju ako krásnu hmlovinu. Niekedy po nej zostane takzvaná neutrónová hviezda.

Keď čas beží pomalšie

Najfascinujúcejší možný výsledok sú čierne diery. V takom prípade gravitácia preváži nad všetkým, neprestajne stláča hmotu, ktorá sa neustále scvrkáva až do jediného (takmer) bodu.

Hmotnosť hviezdy je schovaná v malom zrnku. Tento bod sa volá singularita a o tom, ako vyzerajú fyzikálne zákony v jeho tesnej blízkosti, môžeme len špekulovať.

Okolo singularity sa vytvorí hranica, ktorú voláme horizont udalostí. Na únik z nej potrebujete rýchlosť svetla, neunikne odtiaľ nič, ani svetlo. Odtiaľ pochádza názov čierna diera.

Ak sa k tejto hranici priblížite zvonku a dáte si veľký pozor, aby ste ju neprekročili, môžete sa vrátiť a rozprávať o tom, čo ste zažili. Teda, ak to prežijete. Okolie horizontu udalostí je extrémne prostredie aj na vesmírne pomery.

Pôsobením obrovskej gravitácie tam beží čas pomalšie. Strávite tam hodinu, no na rakete, ktorá sa držala v bezpečnej vzdialenosti, prebehne pokojne aj mesiac alebo rok. Slapové sily, ktoré v prípade Mesiaca spôsobujú príliv a odliv, vás v prípade čiernej diery natiahnu ako špagetu (nohy, ktoré sú trochu bližšie, sú gravitáciou priťahované silnejšie ako hlava).

Plyn, ktorý do čiernej diery padá z okolia, sa extrémne zahrieva a vyžaruje röntgenové žiarenie, teploty sa bežne pohybujú v miliónoch stupňov.

Chcú vyfotiť veľkú čiernu dieru

To, čo sa deje na horizonte udalostí, je síce nesmierne zaujímavé, no lepšie je to sledovať s odstupom, najlepšie priamo zo Zeme. Tu nastáva drobný problém: pri bežných čiernych dierach, ktorých hmotnosť je niekoľkonásobne vyššia ako hmotnosť Slnka, má horizont udalostí len niekoľko kilometrov a na veľké vzdialenosti ho neuvidíme.

Existujú aj extrémne hmotné, a teda aj veľké čierne diery. Napríklad v strede našej galaxie sa nachádza jedna s hmotnosťou miliónov sĺnk. No aj na ňu by sme potrebovali teleskop s rozmermi Zeme. Našťastie, aj tu existuje riešenie, spočíva v použití siete teleskopov rozložených po celej planéte a spojení ich výsledkov dokopy.

Práve o toto sa usiluje experiment Event Horizon Telescope. Merania sa začali 4. apríla a na výsledok si budeme musieť počkať niekoľko mesiacov.

Očakávaný (podľa Einsteinovej teórie) obrázok by mal vyzerať ako pohľad zvnútra studne, z ktorej niekto začal snímať veko a z jednej strany začína presvitať svetlo:

event
Efekt na svetlo v tesnej blízkosti veľkej čiernej diery. Foto – eventhorizontelescope.org

Ako vidieť neviditeľné?

To, čo uvidíme, nie je priamo čierna diera, ale jej efekt na svetlo v tesnej blízkosti.

Ako vieme, kde čiernu dieru hľadať, keď je de facto neviditeľná? Existuje viacero spôsobov.

Napríklad ak vidíme, že niečo malé ničí svoje okolie, ide o dobrú indíciu, že ide práve o čiernu dieru. Druhou možnosťou je sledovať gravitačný vplyv na okolité hviezdy. Je to ako sledovať tanec s neviditeľnou tanečnicou: stačí nám vidieť pohyb jej partnerov.

Prvým nezvratným dôkazom existencie čiernych dier boli až gravitačné vlny (ktoré vyvolala zrážka dvoch čiernych dier). Aj vďaka tomu sme si takmer istí, že to, čo vidíme v strede našej galaxie, je naozaj supermasívna čierna diera. Vizuálny dôkaz získame už čoskoro.

Pohyb hviezd okolo čiernej diery. Zdroj – YouTube

[Tip na knihu: Věda podle abecedy od známeho popularizátora vedy, novinára českého Deníka N Petra Koubského.]

Máte pripomienku alebo ste našli chybu? Prosíme, napíšte na pripomienky@dennikn.sk.

Vesmír

Veda

Teraz najčítanejšie