Site Overlay

Většina obrázků černých děr jsou ilustrace. Tady je to, co naše teleskopy skutečně zachycují.

Aktualizace: V dubnu 2019 vědci zveřejnili vůbec první snímek černé díry. Můžete si ho prohlédnout zde a dozvědět se více o tom, jak tento historický snímek vznikl.

Černé díry, které jsou neuvěřitelně husté, hluboké a mocné, odhalují hranice fyziky. Nic jí nemůže uniknout, dokonce ani světlo.

Přestože černé díry vzrušují představivost jako málokterý jiný vědecký pojem, pravdou je, že žádný astronom ji ve skutečnosti neviděl. Takříkajíc jsme je „slyšeli“, protože vědci zaznamenali gravitační vlny (doslova vlnění časoprostoru) vycházející z černých děr, které se před miliardami let vzájemně srazily.

Ale každá fotografie, kterou jste viděli, jak temná hmota deformuje časoprostor … no, to je jen ilustrace. Jako třeba tato:

NASA/Goddard

To se ale brzy může změnit. Spolupráce nazvaná Event Horizon Telescope má 10. dubna oznámit výsledky snahy o pořízení snímku supermasivní černé díry v centru naší galaxie. Národní vědecká nadace označuje výsledky za „průlomové“. A pokud se snímek podaří pořídit, půjde o pozoruhodný úspěch. Protože jakkoli jsou černé díry masivní, je ve skutečnosti neuvěřitelně těžké je spatřit zblízka.

Proč ještě žádný astronom neviděl černou díru dalekohledem

Černé díry vznikají, když se masivní hvězdy zhroutí do sebe a vytvoří oblast tak silné gravitace, že z jejího sevření neunikne ani světlo. Astronomové také spekulují, že některé černé díry mohly vzniknout v raném chaotickém vesmíru po velkém třesku.

Největší problém při snaze spatřit černou díru spočívá v tom, že i ty supermasivní (s hmotností milionkrát těžší než naše Slunce) jsou relativně malé.

„Největší na obloze je černá díra v centru Mléčné dráhy,“ vysvětlil Dimitrios Psaltis, astrofyzik z Arizonské univerzity, v e-mailu. „A vyfotografovat ji by se rovnalo vyfotografování DVD na povrchu Měsíce.“

Černé díry navíc bývají kvůli své silné gravitaci obklopeny další jasnou hmotou, která ztěžuje pozorování samotného objektu.

Proto se astronomové při pátrání po černých dírách obvykle nesnaží o přímé pozorování. Místo toho hledají důkazy o působení gravitace a záření černé díry.

„Obvykle měříme dráhy hvězd a plynu, které zdánlivě krouží kolem velmi tmavých ‚skvrn‘ na obloze, a měříme, kolik hmoty se v této tmavé skvrně nachází,“ říká Psaltis. „Pokud neznáme žádný jiný astrofyzikální objekt, který by mohl být tak hmotný a tak tmavý jako ten, který jsme právě změřili, považujeme to za velmi silný důkaz, že se tam nachází černá díra.“

Máme však nepřímé snímky černých děr

Jedny z nejlepších nepřímých snímků černých děr pocházejí z rentgenové observatoře Chandra. „Tření a vysoké rychlosti materiálu vznikajícího z černé díry přirozeně produkují rentgenové záření,“ říká Peter Edmonds, astrofyzik a komunikační specialista NASA spolupracující s observatoří Chandra. A Chandra je vesmírný dalekohled speciálně navržený k pozorování těchto rentgenových paprsků.

Observace Chandra například zdokumentovala tyto rentgenové „výtrysky“ vycházející ze splynutí dvou galaxií vzdálených asi 26 milionů světelných let. Astrofyzici předpokládají, že tato „říhnutí“ pocházejí z masivní černé díry:

Podobně fuchsiové skvrny na tomto snímku jsou oblasti intenzivního rentgenového záření, o nichž se předpokládá, že se jedná o černé díry, které vznikly při srážce dvou galaxií (modrý a růžový prstenec):

Rentgen: NASA/CXC/MIT/S.Rappaport et al, Optical: NASA/STScI

Tady je rentgenové záření a zvukové vlny vycházející z centrální oblasti kupy galaxií Perseus – další nepřímý důkaz existence černé díry:

A na tomto GIFu teleskop Chandra zaznamenal velké rentgenové záření vycházející z černé díry, o níž se předpokládá, že se nachází v centru galaxie Mléčná dráha.

NASA/CXC/Amherst College/D.Haggard et al

A zde je zvětšený snímek tohoto rentgenového vzplanutí.

Zvětšený pohled na rentgenové vzplanutí z centra Mléčné dráhy.

V okolí masivní černé díry v centru naší galaxie může být dokonce až 20 000 menších černých děr.

Nedávno tým vědců nalezl důkazy o existenci tuctu černých děr ve vzdálenosti tří světelných let od galaktického centra. Na následujícím rentgenovém snímku jsou vyznačeny modře.

Nature

Černé díry uvolňují rentgenové záření pouze tehdy, když pohlcují hmotu (například ze sousední hvězdy). Tyto požírající černé díry jsou však ve skutečnosti poměrně vzácné. Častěji zůstávají černé díry nedetekovatelné. Ale skutečnost, že vědci byli schopni najít tyto desítky „jasných“ černých děr, naznačuje, že v této oblasti se jich nachází desítky tisíc dalších.

Můžeme pozorovat, jak černé díry chrlí do vesmíru mohutné výtrysky hmoty

Tento složený snímek (kombinující data z Hubblova teleskopu a radioteleskopu) ukazuje výtrysky energie a hmoty vyvrhované z centra galaxie Herkules A. Na snímku je vidět, jak černé díry chrlí do vesmíru mohutné výtrysky hmoty. Tyto výtrysky vystřelují téměř rychlostí světla a demonstrují tak úžasnou ničivou sílu černých děr.

NASA/Hubble

Následující snímek ukazuje mohutné výtrysky, o kterých se předpokládá, že se řítí pryč z černé díry v centru galaxie Centaurus A, vzdálené 13 milionů světelných let. Trysky jsou delší než samotná galaxie.

ESO/WFI (viditelné); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (mikrovlnné); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (rentgenové)

Astronomové pozorovali hvězdy obíhající kolem zdánlivých černých děr

Černou díru nevidíme. Můžeme však pozorovat účinky extrémní gravitace černé díry na objekty v jejím okolí. Zde je velmi zajímavá ilustrace.

Podíváte se na 20 let stará data o hvězdách, které žijí v blízkosti supermasivní černé díry v centru galaxie Mléčné dráhy, která se nazývá Sagittarius A* (vysloveno nahlas je to „hvězda Sagittarius A“). A ano, obíhají kolem ní hvězdy – některé mnohonásobně hmotnější než naše Slunce.

Tady je další pohled na stejný jev. Toto video zahrnuje 16 let pozorování Evropské jižní observatoře neboli ESO. Nejedná se o animaci – jde o skutečné záběry hvězd zrychlené 32 milionkrát. Sledujte, jak tančí kolem záhadného prázdného středu.

ESO/MPE

Hvězda S2, která je na prvním videu označena žlutou čarou, je asi 15krát hmotnější než naše Slunce. To je hodně. Ale není to nic ve srovnání s černou dírou, která je podle odhadů asi 4 milionkrát hmotnější než naše Slunce. Gravitace, kterou vytváří, bičuje oběžnou dráhu S2 rychlostí asi 11 milionů kilometrů za hodinu, což je asi 200krát více než rychlost, kterou Země obíhá kolem Slunce. S2 vykoná jeden oběh přibližně za 16 pozemských let. Nedávno byli astronomové svědky průletu S2 kolem souhvězdí Sagittarius A* rychlostí větší než 15,5 milionu kilometrů za hodinu. To je více než 4 300 mil každou sekundu, tedy téměř 3 % rychlosti světla. (Pozorování opět potvrdilo, že Einsteinova gravitační teorie je správná.)

Přímo jsme tuto černou díru nepozorovali, ale vědci tuší, že tam je. „Tyto oběžné dráhy a jednoduchá aplikace Keplerových zákonů poskytují zatím nejlepší důkaz o existenci supermasivní černé díry, jejíž hmotnost je 4 milionkrát větší než hmotnost Slunce,“ vysvětluje skupina Galactic Center Group z Kalifornské univerzity, která animaci vytvořila.

Nedávno vědci získali zatím nejlepší důkaz o tom, že Sagittarius A* je skutečně supermasivní černá díra. Přibližně v době, kdy hvězda S2 procházela těsně kolem černé díry, byli astronomové ESO svědky krátkých, silných vzplanutí plynu vycházejícího z něčeho, co se nazývá akreční disk. To je oblast obklopující černou díru, kde je hmota roztrhána na kusy intenzivní gravitací, ale nepropadla se dovnitř černé díry.

Další výpočty ukázaly, že se tyto záblesky pohybovaly rychlostí asi 30 % rychlosti světla a obíhaly kolem černé díry jednou za 45 minut (přičemž jeden oběh urazí asi 150 milionů kilometrů). Nic jiného než supermasivní černá díra by nemohlo vysvětlit tak prudký a silný pohyb. Pozorování, jak uvádí ESO, „přesně odpovídá teoretickým předpovědím pro horké skvrny obíhající v blízkosti černé díry o hmotnosti čtyř milionů hmotností Slunce.“

Astronomové navíc předpokládají, že se erupce nacházela velmi blízko okraje černé díry – horizontu událostí – za který nemůže uniknout žádné světlo.

Tady se podívejte na počítačovou simulaci toho, jak plyny obíhají kolem černé díry.

ESO/Gravity Consortium/L. Calçada

Černou díru zatím nevidíme. Ale můžeme „slyšet“ jejich srážku.

Když se dvě černé díry srazí, uvolní mohutnou gravitační vlnu.

Stejně jako zvukové vlny rozrušují vzduch a vytvářejí hluk, gravitační vlny rozrušují tkaninu časoprostoru a tlačí a táhnou hmotu, jako by existovala v zrcadle nálevny. Kdyby vámi prošla velká gravitační vlna, viděli byste, jak se vám jedna ruka prodlužuje oproti druhé. Kdybyste měli na každém zápěstí hodinky, viděli byste, jak jsou rozhozené.

Když se srazí dvě černé díry, uvolní mohutnou gravitační vlnu. Ale v době, kdy o 1,4 miliardy let později dorazí k Zemi, tyto vlny již velmi zeslábnou (podobně jako se vlnění kamene vhozeného do rybníka zmírňuje, čím dále od kamene jste).

V posledních několika letech se však vědcům podařilo naslouchat těmto vlnám pomocí LIGO a VIRGO, obrovských globálních experimentů, které mohou detekovat tyto drobné vlnky v časoprostoru.

Protože vlny detekované LIGO mají frekvenci srovnatelnou s rozsahem frekvencí, které můžeme slyšet, mohou vědci zvýšit hlasitost a převést je na zvuk. (Ano, není to přesně to, jak to zní, ale spíše zvuková reprezentace dat. A ano, událost by ve vesmírném vakuu nevydala žádný zvuk.“

Poslechněte si je zde.

Brzy možná uvidíme skutečnou černou díru

Protože černá díra v centru naší galaxie, Sagittarius A*, je tak relativně malá a obklopuje ji tolik zákrytového materiálu, bude potřeba obrovský dalekohled, abychom ji spatřili. Podle časopisu Nature by k jejímu spatření bylo zapotřebí tisíckrát výkonnějšího dalekohledu, než je Hubbleův.

Tento problém se snaží vyřešit mezinárodní projekt nazvaný Event Horizon Telescope. Běžné optické dalekohledy používají stále větší a větší zrcadla, aby viděly menší a vzdálenější objekty ve vesmíru. Event Horizon Telescope dělá něco podobného: vytváří virtuální teleskop o velikosti celé Země.

V dubnu 2017 tým Event Horizon propojil radioteleskopy na několika místech po celém světě – tak vzdálených, jako je Havaj a jižní pól – a dal jim všem pokyn, aby se na několik dní dívaly směrem ke Střelci A*. Síť je výsledkem mezinárodní spolupráce 14 výzkumných institucí po celém světě.

Společně má těchto osm teleskopů sílu „spočítat stehy na baseballovém míčku ze vzdálenosti 8 000 mil“, jak vysvětluje MIT. Soustava generuje tak obrovské množství dat, že bylo efektivnější letět s daty z každého z teleskopů na centralizované místo, než je přenášet přes internet.

Po léta vědci všechna tato data sešívali dohromady. Doufají, že výsledný snímek ukáže horizont událostí, hranici, za kterou nemůže uniknout žádné světlo. Tento horizont událostí bude pravděpodobně obklopen akrečním diskem, jasným, neuvěřitelně energetickým prstencem hmoty, který víří kolem černé díry. Mohlo by to vypadat nějak takto.

Hotaka Shiokawa / Event Horizon Telescope

Sledujte: Proč je každý obrázek černé díry ilustrací

Miliony lidí se obracejí na Vox, aby pochopili, co se děje ve zprávách. Naše poslání nebylo nikdy tak zásadní jako v této chvíli: posilovat sílu prostřednictvím porozumění. Finanční příspěvky našich čtenářů jsou důležitou součástí podpory naší práce náročné na zdroje a pomáhají nám udržet naši žurnalistiku zdarma pro všechny. Pomozte nám udržet naši práci zdarma pro všechny finančním příspěvkem již od 3 dolarů.

Věda každodenního života

Vědec o velké odpovědnosti za využití starověké DNA k přepsání lidských dějin

Politika & Politika

Miami Beach zavádí zákaz vycházení o jarních prázdninách uprostřed přeplněnosti a obav z Covid-19

Přírodní katastrofy

6. září 2018,000 let dřímající islandská sopka právě vybuchla – a je to úžasné

Zobrazit všechny články v sekci Věda & Zdraví

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.