Čo vie veda o čiernych dierach už dlho?
Veľa z toho, čo vieme o čiernych dierach, pravdepodobne pochádza z hraných filmov. Vieme, že ide o mimoriadne nebezpečné objekty, ktoré môžu s nami pohltiť celú Zem a dokonca aj galaxiu. To je dôvod, prečo vedci zapojení do nebezpečných experimentov s časopriestorom vytvárajú malé čierne diery, ktoré začínajú rásť a pohlcujú všetko okolo seba. Čo ešte vieme o vzniku týchto vesmírov?
Prvé informácie o podivnej oblasti pochádzajú z Einsteinových rovníc, keď vytvoril svoju slávnu teóriu relativity. Jeho výpočty odhalili, že niečo doteraz nevysvetlené existuje s takou veľkou (teoreticky nekonečnou) gravitačnou silou, že priťahuje a ničí všetko, vrátane samotného vesmíru.
Okrem toho sa teoreticky z akéhokoľvek materiálu môže stať čierna diera, ak sa dá stlačiť na veľkosť svojho gravitačného polomeru (Schwarzschildov polomer). Napríklad, ak by sa slnko podarilo zmenšiť na veľkosť malého mesta, stala by sa čiernou dierou.
Alternatívne by sa Zem mohla stlačiť na veľkosť, povedzme, zrnka arašidov.
Skutočné čierne diery však majú úplne inú veľkosť. Predpokladá sa, že jedna z nich, M82 X-1, má strednú veľkosť ako Mars, ale má tiež hmotnosť 1 000 hviezd podobných Slnku.
V súhvezdí Fénix je oveľa väčšie nebeské teleso. V porovnaní s tým je celá naša slnečná sústava ako škvrna na futbalovom ihrisku. Táto čierna diera, klasifikovaná ako supermasívna, je tak stlačená, že jej hmotnosť sa rovná hmotnosti 20 miliárd hviezd alebo Slnka. Navyše je celý priestor naplnený všetkými takýmito pohlcovačmi. Predpokladá sa, že supermasívne, zarastené čierne diery sú len jadrami mnohých galaxií, ktoré nás obklopujú.
Čo sa vedci nedávno dozvedeli o čiernych dierach?
Keďže sa snažíme sledovať nové objavy astrofyzikov, kozmológov a iných vedcov, rozhodli sme sa s vami podeliť o najnovšie správy zo sveta vesmíru a čiernych dier. Preto pravdepodobne ešte nepoznáte fakty, ktoré sme zozbierali. Pripravte sa na rozšírenie svojich vedomostí o týchto tajomných príšerách vesmíru.
1. Nie vždy vťahuje hmotu a absorbuje ju.
Napriek názvu „čierne diery“ sú tieto záhadné objekty opakom prázdneho priestoru. Sú to niektoré z najhustejších objektov vo vesmíre s hmotnosťou od veľkosti hviezdy až po stovky miliónov hviezd. Ich gravitačné pole je také silné, že ani svetlo, ktoré sa k nim dostane, nemôže opustiť príťažlivosť a je absorbované do otvoru.
Môžeme sa len bezmocne čudovať, ako sa realita prejavuje za horizontom udalostí. Nikdy ich nevidíme, takže niet divu, že čierne príšery upútajú fantáziu. Sú mätúce, vzrušujúce, strašidelné a plné tajomstiev a stále sa máme čo učiť o ich fyzike a vesmíre všeobecne.
Možno sa pýtate: „Ak svetlo nemôže uniknúť z čiernej diery, ako ju môžeme vystreliť?“ Koniec koncov, pohlcuje svetlo, takže ho nevidíme.
Kľúčovou udalosťou vo vede bola správa o objave supervýkonnej siete ďalekohľadov Event Horizon. Toto bolo prvýkrát, čo fotil dieru, respektíve jej tieň. Tu je táto fotka:
Zachytená bola iba silueta monštra, orámovaná svetlom prehriateho materiálu ťahaného gravitáciou. Ukazuje sa, že čierne diery sú obklopené hviezdnym materiálom, ktorý je gravitáciou diery vrhnutý a zahrieva sa, keď sa blíži k horizontu udalostí.
Tieto obrovské pohlcovače hmoty nielenže požierajú, ale niekedy aj vyhadzujú hmotu, ktorá už bola veľmi blízko zániku a zabudnutia. V niektorých prípadoch sú objavené roky po tom, čo to astronómovia už vzdali a prestali objekt pozorovať a ponechali ho svojmu osudu.
Samozrejme, táto emisia nikdy neprekročí horizont udalostí. Hmota je vyvrhnutá čiernou dierou a v diere anihiluje skôr, ako dosiahne horizont udalostí. Preto by bolo správnejšie povedať, že čierna diera sa hrá so svojím „jedlom“.
2. Párové supermasívne čierne diery otriasajú tkanivom časopriestoru
V roku 2015 vedci prvýkrát objavili gravitačné vlny, jemné naťahovanie a kontrakciu časopriestoru, ktoré spôsobuje interakciu čiernych dier a iných hustých objektov.
Minulý rok však viaceré vedecké koalície odhalili známky toho, že supermasívne binárne čierne diery pravdepodobne ovplyvňujú celé pozadie gravitačných vĺn. Ukazuje sa, že v tejto chvíli je všade prítomný oceán gravitačných vĺn, ktoré bez prekážok prechádzajú všetkým vo vesmíre, vrátane vás a mňa.
Pripomeňme si, že gravitačné vlny prvýkrát predpovedal Einstein a vysvetlil ich vo svojej všeobecnej teórii relativity. Podľa veľkých fyzikov ide o vlny predstavujúce zmeny v gravitačnom poli, ktoré sa šíria rýchlosťou svetla.
V skutočnosti, ako vedci neskôr zistili, gravitačné vlny vznikajú v dôsledku seizmických interakcií medzi najťažšími objektmi vo vesmíre a menšími. Keď čierne diery obiehajú alebo sa zrážajú medzi sebou alebo s inými extrémne hustými objektmi, ako sú neutrónové hviezdy, výsledné interakcie spôsobujú silné gravitačné vlny, ktoré sú vyžarované do obrovského priestoru.
3. Čo je to „špagetifikácia“?
Keď sa hviezda dostane príliš blízko k čiernej diere, dostane sa do jej silného gravitačného poľa. Nakoniec sa hviezda dostane tak blízko k čiernej diere, že sa natiahne a začne špirálovito stúpať do akrečného disku čiernej diery alebo masy prehriateho materiálu, ktorý ju obklopuje.
To isté sa stane ľuďom, ak „majú šancu“ dostať sa príliš blízko k čiernej diere. Tento proces sa nazýva špagetizácia, pretože hviezdicový materiál sa naťahuje a zmršťuje ako varené cestoviny.
Samotný termín bol vytvorený zosnulým astrofyzikom Stephenom Hawkingom, ktorý ho prvýkrát použil vo svojom kľúčovom diele História času.
4. Nevieme, kde existujú čierne diery strednej hmotnosti
Niektoré čierne diery, ktoré sú sústredené v strede galaxií, sú nezvyčajne veľké. Naproti tomu iné čierne diery majú veľmi skromné veľkosti, niektoré na stupnici hviezd.
Vedci však narazili na niečo zvláštne. Čierne diery strednej hmotnosti (ich hmotnosť je 100 000 až 100 000-násobok hmotnosti Slnka) sa vyskytujú zriedkavo. Koniec koncov, medzi týmito objektmi sú veľké „masové medzery“, takže astronómovia a astrofyzici musia vykonať veľa výskumov a pozorovaní, aby našli tieto nepolapiteľné objekty.
Navrhovaná hviezdokopa B023-G078, ktorej stredom je čierna diera strednej hmotnosti, podľa astrofyzikov
Obrázok: Hubbleov teleskop/NASA
A v roku 2022 sa zdá, že skupina astrofyzikov objavila čierne monštrum s priemernou hmotnosťou. Známky takéhoto objektu boli objavené na okraji galaxie Andromeda, vzdialenej asi 2,5 milióna svetelných rokov. Výskumníci sa domnievajú, že kopa galaxií B023-G078, ktorá obsahuje hmotnosť 6,2 milióna sĺnk, je v skutočnosti pozostatkom niekoľkých menších galaxií, ktoré sa zlúčili. A centrom tohto galaktického mletého mäsa je čierna diera strednej hmotnosti.
Vedci dúfajú, že ich práca sa potvrdí a presvedčivo dokáže, že čierne diery strednej hmotnosti skutočne existujú. Teoreticky by mali existovať, pretože vo vesmíre sú supermasívne objekty, ktoré logicky mali vyrásť z malých. Nateraz zostáva otázka čiernych dier strednej hmotnosti nevyriešená.
5. Ktorá čierna diera je najstaršia?
Nechajte chvíľu na pokoji nepolapiteľných prechodných potomkov malých dier. A čo ten prvý, ktorý vznikol pri prvotnom rozpínaní vesmíru po Veľkom tresku?
Nedávno sa astronómom podarilo objaviť najstaršiu čiernu dieru, ktorá má viac ako 13 miliárd rokov. Teoreticky sa však predpokladá, že typ je ešte starší a jeho veľkosť je výrazne menšia, ako je uvedené v typológii.
Vedci navrhli teóriu, ale nikto na svete ju nemôže dokázať ani vyvrátiť. Veria, že „hlavná čierna diera“ sa zrodila tesne po veľkom tresku. Tento objekt je však príliš malý na to, aby vytvoril obrovský disk a ukryl sa v strede galaxie.
To znamená, že ide o hypotetický typ čiernej diery, ktorý nevznikol gravitačným kolapsom hviezdy, ako sa domnievajú astrofyzici, ale nahromadením ultrahustej hmoty pozorovanej na začiatku staroveku Vedci tiež nevylučujú, že sú stále zachované v celom vesmíre. Ich hmotnostný rozsah je však taký malý, že sú porovnateľné s asteroidmi, a preto je mimoriadne ťažké ich odhaliť.
Navyše, možno sú dôvodom existencie temnej hmoty. Hoci túto neuveriteľne záhadnú látku nemožno priamo pozorovať, jej prítomnosť je zrejmá prostredníctvom lomu svetla.
6. Vo vesmíre je ich toľko
Supermasívne čierne diery sa nachádzajú v centrách galaxií, takže medzi nespočetnými hviezdami, exoplanétami, asteroidmi, molekulárnymi mračnami, neutrónovými hviezdami a inými astronomickými objektmi, ktoré vypĺňajú náš vesmír, nie je vo vesmíre až tak veľa čiernych dier byť neexistujúci.
To je však mylný dojem. Koniec koncov, číslo je neuveriteľne veľké. Čisto teoreticky, samozrejme.
Napríklad v roku 2022 skupina výskumníkov vypočítala:
