Ze samotného jména vyzařují černé díry tajemství. Jsou nezjistitelné, nekontrolovatelné a - po více než 50 let po své první predikci v roce 1916 - neobjevené. Astronomové od té doby našli důkazy o černých dírách v našem vesmíru, včetně supermasivní ve středu naší Mléčné dráhy. O těchto kosmických hádankách však zůstává mnoho neznámých, včetně toho, co přesně se děje s věcmi, které sají svou titánskou gravitací.
Související obsah
- Jak astrofyzici našli černou díru, kde nikdo jiný nemohl
- Astronomové se blíže než kdy dříve setkali s černou dírou
- Supermasivní černé díry mohou být častější než dříve myslené
Před padesáti lety pomáhal fyzik John Wheeler popularizovat termín „černá díra“ jako popis zhroucených zbytků superhmotných hvězd. Podle Wheelera, který razil a popularizoval několik dalších slavných astronomických termínů, jako jsou „červí díry“, návrh přišel od publika na astronomické konferenci, kde hovořil, poté, co opakovaně použil frázi „gravitační kolapsované objekty k popisu kosmického“ obři.
"Poté, co jsem použil tuto větu čtyřikrát nebo pětkrát, někdo v publiku řekl:" Proč tomu neříkáte černou díru? " Přijal jsem to, “řekl Wheeler spisovatelce vědy Marcii Bartusiak.
Wheeler dával jméno nápadu nejprve prozkoumal Albert Einstein 50 roků dříve, v jeho vlivné teorii obecné relativity. Einsteinova teorie ukázala, že gravitace je výsledkem zkreslení prostoru a času hmotou objektů. Zatímco Einstein sám se bránil uznání možnosti černých děr, jiní fyzici využili své základy k vymrštění galaktických monster. Fyzik J. Robert Oppenheimer ze slávy atomové bomby nazval tato těla „zamrznutými hvězdami“ odkazem na klíčový rys nastínený fyzikem Karlem Schwarzschildem brzy poté, co Einstein zveřejnil svou teorii.
Tím rysem byl „horizont událostí“: čára obklopující černou díru, na níž je nemožné uniknout. Takový horizont existuje, protože v určité vzdálenosti se rychlost potřebná k tomu, aby se jakýkoli atom odtrhl od gravitace černé díry, zvýší než rychlost světla - rychlostní limit vesmíru. Poté, co překročíte horizont události, se předpokládá, že veškerá záležitost, která vás tvoří, je násilně rozdrcena silnými gravitačními silami a nakonec rozdrcena do bodu nekonečné hustoty ve středu černé díry, která se nazývá singularita. Není to úplně příjemná cesta.
Toto podrobné vysvětlení smrti černou dírou je však teoretické. Intenzivní gravitace černých děr zkresluje průběh času natolik, že pozorovatelům vně černé díry se zdá, že objekty spadající do jedné se zpomalují a „zamrzají“ blízko horizontu události, než se jednoduše zmizí. (Což zní mnohem hezčí.)
Jinými slovy, navzdory významu tohoto horizontu událostí, vědci nikdy ve skutečnosti přímo neprokázali jeho existenci. A protože je obtížné najít černé díry (protože světlo jim nemůže uniknout, jsou neviditelné pro většinu dalekohledů), a mnohem méně je pozorovat, nebylo mnoho šancí vyzkoušet. Při neexistenci přesvědčivých důkazů někteří astrofyzici teoretizovali, že některé z objektů, které nazýváme černé díry, se mohou dramaticky lišit od toho, čemu jsme věřili, bez singularity a bez horizontu událostí. Místo toho to mohly být studené, tmavé a husté předměty s tvrdými povrchy.
Tento skepticismus černé díry však začal přitahovat svůj vlastní skepticismus, protože teleskopy konečně zachytily černé díry v činu něčeho mimořádného. V posledních sedmi letech „lidé začali vidět hvězdy padající do černých děr, “ říká Pawan Kumar, astrofyzik na texaské univerzitě v Austinu, kde Wheeler mimochodem deset let učil teoretickou fyziku. "Jsou to velmi velmi jasné věci, které lze vidět z miliard světelných let daleko."
Od té doby bylo pozorováno více těchto jasných, relativně rychlých polykání hvězd. Minulý rok se Kumar rozhodl, že tyto emise světla budou dobrým testem pro prokázání existence horizontu událostí. "Většina lidí v komunitě předpokládala, že neexistuje žádný pevný povrch, " říká Kumar. Zdůrazňuje však, že „ve vědě je třeba být opatrný. Potřebujete důkaz.“
V roce 2016 se tedy Kumar a jeho spolupracovník Ramesh Narayan z Harvard-Smithsonianova centra pro astrofyziku snažili vypočítat, jaké účinky byste očekávali, kdyby se hvězda pohlcená černou dírkou opravdu střetla s tvrdým povrchem. Bylo by to podobné rozbití objektu proti skále, říká Kumar a vytváří intenzivní kinetickou energii, která by byla emitována jako teplo a světlo měsíce - nebo dokonce roky.
Skenování dat z dalekohledu za tři a půl roku však nenašlo žádné příklady světelných podpisů, které on a Narayan vypočítali, by se uvolnily, kdyby hvězdy zasáhly černou díru na tvrdém povrchu. Na základě pravděpodobnosti vědci předpovídali, že v tomto časovém období měli najít alespoň 10 příkladů.
Kumar nazývá tento výzkum, zveřejněný letos v časopise Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti, „krokem dobré velikosti“ k prokázání existence horizontu událostí. Ale stále to není úplně důkaz. Tvrdá povrchová černá díra by teoreticky mohla ještě existovat v rámci výpočtů jeho studie. Ale poloměr této plochy by musel být v okruhu asi milimetru Schwarzschildova poloměru černé díry nebo bodu, ve kterém by se rychlost potřebná k úniku z gravitace rovnala rychlosti světla. (Všimněte si, že Schwarzschildův poloměr není vždy stejný jako horizont události, protože gravitace mají i jiné hvězdné objekty).
„Limity, které tento dokument ukládá na poloměr možného pevného povrchu - 4 tisíciny procenta mimo poloměr Schwarzschild pro supermasivní kompaktní objekt - jsou působivé, “ říká Bernard Kelly, astrofyzik NASA, který se do tohoto výzkumu nezúčastnil.
Kumar již má výzkum v potrubí, aby tuto hranici ještě více zúžil, až by bylo téměř jisté, že by nemohly existovat žádné černé povrchy s tvrdým povrchem. To by pro něj bylo spolehlivým důkazem, že tradiční černé díry jsou jediným druhem černých děr, které zabírají náš vesmír. „Pokud bude dokončena, bude to podle mého názoru do značné míry blízké terénu, “ říká Kumar. "Budeme mít pevný důkaz, že Einsteinova teorie má pravdu."
