Nová fakta o černých dírách

16351x 24. 04. 2019 1 čtenář

Data z EHT teleskopu (Event Horizont Telescope) dávají vědcům novou představu o monstru zvaném mléčná dráha. Díky těmto datům máme poprvé bližší pohled na černou díru.

Soustava radiových teleskopů, které jsou rozmístěny okolo Země a nazýváme jej EHT (Event Horizont Telescope), se zaměřil na pár gigantů. Sagittarius A je super masivní černá díra ve středu mléčné dráhy, a na ještě větší černou díru vzdálenou 53,5 miliónů světelných let v galaxii M87. V dubnu 2017 se observatoře spojily v pozorování hranic černých děr, kde je tak silná gravitační síla, že ani světelné paprsky ji nedokážou opustit. Téměř po dvouletém porovnávání dat pak vědci publikovali první získané snímky těchto pozorování. Nyní už vědci doufají, že nám nové snímky mohou říci více o černých dírách.

Jak skutečně černá díra vypadá?

Černé díry jsou opravdu hodny svého jména. Obrovská gravitační bestie neemituje žádné světlo v žádné části elektromagnetického spektra, takže sami o sobě jakoby neexistovaly. Ale astronomové vědí, že tam někde jsou kvůli určitému typu jejich doprovodu. Tak jak jejich gravitační síla pulsuje v hvězdném plynu a prachu, tak se okolo nich utváří hmota ve tvaru rotujícího akrečního disku s jejich navzájem srážejícími se atomy. Tato činnost emituje „bílé horko“ a vysílá rentgenové a další vysoko energetická záření. Nejvíce „nenávistí“ nasycené černé díry pak ozařují všechny hvězdy v okolních galaxií.

Předpokládá se, že na obrazu z EHT teleskopu Sagittaria A v oblasti mléčné dráhy, také zvaný Sgr A, bude mít na svém doprovodném akrečním disku jasného materiálu, stín černé díry. Počítačová simulace a zákony gravitační fyziky dávají astronomům dost dobrou představu, co mohou očekávat. Kvůli vysoké gravitační síle v blízkosti černé díry, bude akreční disk deformován v okolí horizontu prstence a za černou dírou bude tento materiál viditelný. Vzniklý obraz bude pravděpodobně asymetrický. Gravitace ohne světlo z vnitřní části disku směrem k Zemi silněji, než vnější část a udělá část prstence světlejší.

Platí zákony obecné zákony relativity v okolí černé díry?

Přesný tvar prstence možná může vyřešit nejvíce frustrující pat v teoretické fyzice. Dva pilíře ve fyzice je Einsteinova teorie obecné relativity, která ovládá masivní a gravitačně silné objekty jako je černá díra a kvantová mechanika, která ovládá podivný svět subatomárních částic. Každá teorie pracuje ve své vlastní doméně. Ale nemohou fungovat společně.

Fyzička Lia Medeiros z University of Arizona v Tucsoně říká:

„Obecná relativita a kvantová fyzika jsou vůči sobě nekompatibilní. Pokud se obecná relativita aplikuje v oblasti černé díry, pak to může znamenat posun vpřed pro teoretiky fyziky“.

Protože jsou černé díry nejextrémnější gravitační prostředí ve vesmíru, tak jsou nejlepším prostředím pro zátěžový test gravitační teorie. Je to jako vrhání teorií proti zdi a očekávání zdali a jak jí zbourají. Jestliže platí obecná teorie relativity, tak vědci očekávají, že černá díra bude mít konkrétní stín a tudíž kruhový tvar, pokud Einsteinova teorie nebude platit, pak bude mít stín jiný tvar. Lia Medeiros a její kolegové aplikovali počítačovou simulaci na různých stínech 12 000 černých děr, které by se mohly lišit od Einsteinových teorií.

L. Mederios říká:

„Jestliže najdeme něco rozdílného (alternativy teorií gravitace), tak to bude jako vánoční dárek.“

Dokonce i malá odchylka od obecné teorie relativity by pomohla astronomům kvantifikovat to, co vidí od toho, co očekávají.

Obklopují mrtvé hvězdy zvané pulsary černou díru v mléčné dráze?

Jiný způsobem k vyzkoušení obecné teorie relativity v okolí černých děr, je pozorovat jak se hvězdy kolem nich pohybují. Když světlo z hvězd protéká v poli extrémní přitažlivosti černé díry v její blízkosti, tak se světlo „natahuje“ a tím se nám jeví červenější. Tento proces nazývaný „červený, gravitační posun“, a obecnou teorií relativity byl předpokládán. V loňském roce jej astronomové pozorovali v blízkosti oblasti SgrA. Až potud dobrá zpráva pro Einsteinovu teorii. Ještě lepší způsob na potvrzení tohoto jevu je udělat tu samou zkoušku na pulsarech, které rychle rotují a vymetají hvězdnou oblohu paprsky radiace v pravidelných intervalech a jeví se nám tak jakoby pulsovaly.

Červený gravitační posun by tak narušil pravidelný metronomický chod a jejich pozorováním by měl přesnější test teorie obecné relativity.

Scott Ranson z Národní astronomické observatoře v Charlottesville říká:

„Pro většinu lidí pozorující oblast SgrA, by byl sen objevit pulsar, nebo pulsary obíhající kolem černé díry. Mnoho velmi zajímavých a velmi podrobných testů obecné teorie relativity můžou poskytnout právě pulsary.“

Navzdory pečlivému pozorování však nebyl zatím nalezen žádný pulsar obíhající v dostatečné blízkosti oblasti SgrA. Částečně proto, že galaktický prach a plyn rozptyluje jejich paprsky a je obtížné je zaměřit. Ale EHT poskytuje zatím nejlepší pohled do středu radiových vln a tak S.Ransom a jeho kolegové doufají, že možná tohoto zaměření budou schopni. „ Je to jako rybářská expedice, jejíž šance na úlovek je velmi malá, ale stojí to zato“, dodává S.Ransom.

Pulsar PSR J1745-2900 ( vlevo na ilustračním obr.) byl objeven v roce 2013. Obíhá přesně ve vzdálenosti 150 světelných let okolo černé díry v centru galaxie. Je však od ní příliš vzdálen, aby zde mohla proběhnout přesné testy obecné teorie relativity. Už samotná existence tohoto pulsaru dává astronomům naději, že pomocí EHT objeví další a bližší pulsary blíže k černé díře.

Jak produkují černé díry výtrysky?

Některé černé díry jsou hladovými žrouty a vtahují masivní množství plynu a prachu, zatímco jiné jsou vybíraví jedlíci. Nikdo neví, proč tomu tak je. SgrA se jeví jako úzkostlivý jedlík s překvapivě temným diskem, navzdory hmotě, rovnající se 4 miliónům sluneční hmotě. Další cíl, zaměřený pomocí EHT, černá díra v galaxii M87 je nenasytný žrout. Váží jako 3,5 až 7,22 miliard sluncí. A to, kromě ohromného nashromážděného akrečního disku ve svém okolí, z něj také prudce tryská proud nabitých subatomárních částic do vzdálenosti 5 000 světelných let.

Thomas Krichbaum institutu na rádiovou astronomii v Bonnu říká:

„To je poněkud protiřečení, myslet si, že černá díra vůbec něco vylučuje.“

Lidé si obvykle myslí, že černá díra pouze pohlcuje. Mnoho černých děr produkuje výtrysky, které jsou delší a širší nežli celé galaxie a mohou dosahovat vzdálenosti miliard světelných let od černé díry.

Přirozená otázka zní, co to může být za mocný zdroj energie, který emituje výtrysky do tak obrovských vzdáleností. Díky EHT můžeme konečně poprvé stopovat tyto děje. Sílu magnetického pole černé díry v galaxii M87 měřením EHT tak dokážeme odhadnout, protože jsou ve vztahu k silám výtrysků. Měřením vlastností výtrysků, když se nacházejí v blízkosti černé díry, pomáhá určit, odkud výtrysk pochází – z vnitřní části její disku, nebo z jiné části disku nebo ze samotné černé díry.

Tato pozorování také mohou objasnit, zda výtrysky pochází z černé díry, nebo z rychle plynoucího materiálu v disku. Protože výtrysky mohou unášet materiál ven z centra galaxie do mezigalaktické oblasti, pak by to mohlo vysvětlit vliv na vývoj a růst galaxií. A dokonce, kde se rodí planety a hvězdy.

T. Krichbaum říká:

„Je důležité pochopit vývoj galaxií z raného formování černých děr do zrodu hvězd a nakonec i do zrodu života. To je velmi veliký příběh a studiemi výtrysků černých děr jenom drobně doplňujeme malé částečky velké skládačky života.“

Poznámka vydavatele: Tento příběh byl aktualizován 1.dubna 2019 upřesněním hmoty černé díry M 87 : hmota galaxie je 2,4 triliónů hmoty Slunce. Samotná černá díra má hmotu jako několik miliard Sluncí. Dodatek, simulace černé díry je příklad potvrzení Einsteinovy teorie obecné relativity, nikoliv její vyvrácení.

Podobné články

Napsat komentář