Největší objevy černých děr roku 2019

Černé díry jsou temné skvrny v časoprostoru, neuvěřitelně husté singularity s tak silnou gravitací, že z jejich spárů nic neunikne. Svůj čas tráví jedinou věcí: pohlcováním hmoty. Když se k černé díře dostatečně přiblížíte, stanete se vesmírnou špagetou, roztaženou na kousky, vcucnutou dovnitř a už nikdy se nevrátíte. Jednoduché a přímočaré, že?

Ale jak se ukázalo, černé díry jsou víc než jen kosmické vysavače. V roce 2019 fyzikové nahlédli do bezedné temnoty a pořídili vůbec první snímek černé díry. Dozvěděli se také více o tom, jak tyto bizarní a nenasytné bestie fungují. Od jejich sklonu k přibývání a ubývání vlasů, přes jejich tajemné vnitřnosti až po to, kam mohou vést – zde je 14 nových věcí, které jsme se v roce 2019 dozvěděli o černých dírách.

Související: 9 myšlenek o černých dírách, které vám vyrazí dech

Nezapomenutelný snímek

Po letech očekávání to bylo tady! Vědci v roce 2019 pořídili naprosto nezapomenutelný snímek černé díry M87 v srdci galaxie Virgo A, vzdálené asi 53 milionů světelných let. Vůbec první detailní záběr singularity, pořízený sítí dalekohledů po celém světě známou jako Event Horizon Telescope, vypadá jako zrnitá, malá skvrna obklopená rozmazaným oranžovým prstencem. Tento malý, rozpixelovaný obrázek je však ve skutečnosti černá díra velká jako sluneční soustava a 6,5 miliardkrát hmotnější než naše Slunce.

Ohnivě oranžová záře obklopující její černé srdce vymezuje její horizont událostí, prstenec hmoty, který víří kolem černé díry těsně před jejím pádem dovnitř. Při tření o ostatní hmotu vysokou rychlostí produkuje energii a září, čímž vytváří akreční disk – odtud oranžový prstenec.

Černým dírám rostou vlasy, pak zase plešatí

V letošním roce jsme se dozvěděli, že černé díry mají vlasy, ale většinou jsou plešaté jako tágo. Co to přesně znamená? Historicky se fyzikové domnívali, že singularity jsou lysé neboli beztvaré, což znamená, že mají pouze tři vlastnosti: hmotnost, úhlový moment hybnosti a elektrický náboj. Vše, co tito nebescí Pac-Manové během svého života zkonzumovali, bylo uzamčeno za horizontem událostí a později nebylo možné získat žádné informace o stravovacích návycích černé díry.

V roce 2016 však zesnulý fyzik Stephen Hawking spolu s dalšími publikoval článek, v němž navrhl, že černé díry mají „vlasy“ neboli charakteristické rysy. Tyto vlasy představovaly jemné posuny horizontu událostí a také Cauchyho horizontu – bodu, v němž se příčina a následek obracejí -, díky nimž by bylo možné černé díry od sebe odlišit. Přinejmenším, jak tvrdila studie z roku 2018, tomu tak bylo v případě takzvaných „extrémních“ černých děr, neboli těch s maximálním elektrickým nábojem. Začátkem letošního roku fyzikové zjistili, že i ty ne tak extrémní – ty, které rotují téměř maximální rychlostí, ale bez náboje, nebo ty s maximálním možným nábojem, ale bez rotace – mohou mít také vlasy.

Jak se ale ukázalo, černým dírám letmo vyrůstá několik chomáčů chundelatých „vlasů“, které nakonec všechny ztratí, uvedl tehdy časopis Live Science.

V tuto chvíli je otázka, zda jsou černé díry podobnější panu T nebo Heather Locklear, pouhou spekulací. Podle odborníků by však největší detektor gravitačních vln na světě mohl brzy najít důkazy, které by podpořily jednu teorii před druhou.

Nemožně velká černá díra

V listopadu vědci oznámili, že našli černou díru vzdálenou 15 000 světelných let, která je tak masivní, že by neměla existovat. Její existenci předpokládali poté, co objevili hvězdu asi 8krát hmotnější než naše Slunce, která zřejmě kroužila kolem oblasti temného prázdného prostoru. Podle toho, jak moc se hvězda kývala, vypočítali, že hvězda pravděpodobně krouží kolem černé díry o hmotnosti 70krát větší než naše Slunce; dříve se vědci domnívali, že hvězdné černé díry, tedy ty, které vznikají po zhroucení masivní hvězdy, mohou mít hmotnost maximálně 30krát větší než naše Slunce – alespoň v galaxiích s chemickým složením podobným tomu našemu.

„Tento objev nás nutí přehodnotit naše modely vzniku černých děr s hvězdnou hmotností,“ uvedl tehdy v prohlášení ředitel Laserové interferometrické gravitačně-vlnové observatoře (LIGO) a profesor Floridské univerzity David Reitze, který se na studii nepodílel.

O té nemožné černé díře…

Naneštěstí většinou zjištění, která zdánlivě odporují fyzikálním zákonům, neobstojí. Ta černá díra, která se zvětšila do neuvěřitelných rozměrů, byla podle dvojice prací publikovaných v prosinci v databázi arXiv nakonec pravděpodobně nemožná.

Neuvěřitelně velká černá díra byla pravděpodobně jen černou dírou běžné velikosti a výzkumný tým, který původně počítal s čísly, se prostě spletl při interpretaci světelných emisí vycházejících z binárního systému černé díry a hvězdy. Tím, že vědci zaměnili světlo z doprovodné hvězdy se slabými emisemi, které by pocházely z akrečního disku černé díry, neboli prstence hmoty obklopujícího její ústí, nadhodnotili hmotnost černé díry nejméně dvojnásobně, zjistily studie zveřejněné na arXiv.

Černé díry jako dárci galaktického života

Černé díry jsou superpadouchy v epickém příběhu vesmíru. Zabíjejí bez rozdílu. A nic v jejich dosahu před nimi není v bezpečí.

Ale za těmito vesmírnými zabijáky s kamennou tváří může být něco víc. Černé díry mohou být ve skutečnosti motorem života galaxií. Podle listopadové studie černé díry při svém požíracím šílenství vysílají do vesmíru také bubliny žhavého, turbulentního plynu. Tato horká plazma může udržovat při životě galaxie, které by jinak vychladly a zemřely, zjistila studie. Jiná studie, publikovaná v květnu, zjistila, že záření vyzařované černými dírami by mohlo pohánět mimozemský život – pokud existuje ve zlaté zóně, která není příliš daleko a příliš blízko středu galaxie. Jak se tyto černé díry živí, jejich záření a světlo může pohánět fotosyntézu a usnadňovat tvorbu biomolekulárních stavebních kamenů života, zjistila tato studie.

Černé díry možná vůbec nejsou černé díry

Nebo jsou černé díry možná jen špatně pochopeny. Třeba hodně špatně pochopené. Divoká teorie, kterou letos v létě navrhli matematik a fyzik, naznačuje, že černé díry, jak je známe, možná neexistují.

Podle Einsteina jsou černé díry nekonečně malé, nekonečně husté skvrny známé jako singularita, kde se hroutí matematika obecné relativity. Podle nového výzkumu však může mít běžné matematické zjednodušení používané při analýze teorie relativity chybu. V důsledku toho černé díry vůbec nemusí být singularitami. Místo toho se může jednat o vesmírné kapsy naplněné temnou energií. A to by mohlo vysvětlit některá překvapivá zjištění největšího lovce gravitačních vln na světě.

Mini černé díry existují

Černé díry mohou být jistě velké, ale mohou být i malé? Ukázalo se, že ve vesmíru mohou existovat maličké černé díry, které jsou asi o polovinu menší než ty známé. Většina černých děr s běžnou hmotností je asi 5 až 6krát hmotnější než naše Slunce.

V listopadu astronomové při pohledu na okraj Mléčné dráhy, vzdálené asi 10 000 světelných let, našli slabý důkaz existence černé díry, která je asi 3,3krát hmotnější než Slunce. To je příliš velká hmotnost na to, aby se jednalo o neutronovou hvězdu, ale menší než jakákoli známá černá díra. Takové černé díry byly předpovězeny, ale nikdy předtím nebyly spatřeny.

Černá díra Mléčné dráhy má záblesk

Když už jsme u Mléčné dráhy, supermasivní černá díra v naší domovské galaxii chystá něco velmi zvláštního. Za normálních okolností akreční disk černé díry svítí více, když je aktivnější, protože se v něm tře více hmoty a vytváří tření. V květnu bylo v případě centrální černé díry Mléčné dráhy, Sagittarius A*, vše v klidu.

Poté astronomové zaznamenali podivné vzplanutí, kdy černá díra zářila nejjasněji, jak kdy astronomové viděli, alespoň v infračerveném spektru.

Není jasné, co je to za podivné vzplanutí, ale vědci se domnívají, že vzplanutí vzniklo, když se prachový objekt nebo hvězda těsně střetla se Sagittarius A*.

Největší černé díry vznikly v mžiku

Masivní nebeské objekty jako Sagittarius A* vypadají, jako by jejich vznik měl trvat celou věčnost, ale ukazuje se, že největší černé díry ve vesmíru pravděpodobně vznikly v mžiku oka, řečeno kosmickou terminologií.

Studie publikovaná v červnu naznačuje, že supermasivní černé díry mohly vzniknout během prvních 800 milionů let historie vesmíru – a stačil k tomu velký oblak plynu. Jak se mračna plynu hromadila a gravitačně vázala, zhroutila by se pod vlastní vahou a vytvořila by malou černou díru, aniž by bylo nutné, aby hvězda prošla supernovou. Tyto takzvané „černé díry s přímým kolapsem“ by pak pokračovaly v pohlcování hmoty závratným tempem a během pouhých 150 milionů let by se zvětšily 10 000krát.

V té chvíli se prostě zastavily – a zanechaly za sebou supermasivní černé díry, kterými je náš vesmír posetý dnes.

Z černých děr vylétávají UFO

Co je podivnější než černá díra? UFO, které z ní vylétá. V tomto případě však UFO znamená ultrarychlý odtok a jedná se o horký vítr, který zřejmě proudí z akrečního disku černé díry.

Studie publikovaná v srpnu zjistila, že tato UFO mohou vysvětlovat, proč je prostor v blízkosti srdce galaxií relativně chudý na hmotu. UFO ze supermasivních černých děr v galaktických centrech mohou fungovat jako sněhové pluhy, které vytlačují veškerou přebytečnou hmotu v bezprostřední blízkosti černé díry dále od její periferie, zjistila studie.

Planeta 9 může být ve skutečnosti černá díra

Když už jsme u neidentifikovaných objektů, záhadný nebeský objekt v naší sluneční soustavě známý jako Planeta 9 může být ve skutečnosti černá díra o velikosti grapefruitu.

Daleko za Neptunem se nacházejí podivné objekty, které se chovají, jako by je řídila gravitace nějakého blízkého objektu, který nemůžeme vidět. Obíhají daleko od ostatních osmi planet a zdá se, že jsou orientovány v jiné rovině.

Někteří teoretici provedli výpočty a dospěli k závěru, že tam někde je planeta – s podivnou oběžnou dráhou -, která je asi 10 až 20krát hmotnější než Země. Ve studii zveřejněné v říjnu však jiní vědci, kteří prováděli samostatné výpočty, zjistili, že podivné chování těchto transneptunických objektů by mohla vysvětlit i malá prvotní černá díra, velká asi jako grapefruit.

Posílání zpráv skrze černou díru by ji přimělo vypařit se

Černé díry by mohly být červími dírami do alternativního vesmíru. Ale nepokoušejte se poslat červí dírou zprávu někomu v tom cizím vesmíru.

V srpnu vědci zjistili, že odeslání byť jen nepatrné zprávy skrze černou díru by ji změnilo a ta by se vypařila. První zpráva vyslaná červí dírou by zmenšila přijímající černou díru o 30 % a každá další zpráva by černou díru zmenšila ještě více – přičemž by nesla stále méně informací. Po pouhých několika přenosech by zpráva nenesla žádnou informaci a přijímající černá díra by zmizela.

Mimozemšťané by mohli střílet lasery na černé díry

Pew! Pew! Pew! Černé díry mohou nejen živit život na cizích světech, ale také umožňovat mimozemšťanům navigaci po galaxii. Střílením laserů do černých děr by vyspělí mimozemšťané mohli bumerangově vysílat fotony neboli světelné částice kolem gravitačních jam obklopujících černé díry. Tyto fotony by obíhaly kolem dokola a vracely se k přijímači, ale přitom by ubíraly část hybnosti černé díry a přeměňovaly ji na energii. Jakmile by se foton vrátil, mimozemšťané by mohli tuto energii přeměnit na hybnost, která by poháněla jejich pohyb galaxií, a tento proces by se mohl opakovat stále dokola.

Možná vás dokážeme zachránit z černé díry

Když se přiblížíte k horizontu událostí černé díry, čas se zpomalí, vy se protáhnete jako špagety a roztrháte se na kusy, že? Ne tak rychle. Možná existuje způsob, jak lidi z těchto nebeských smrtících pastí zachránit, alespoň podle jedné nové spekulativní teorie.

Podle této teorie by mohl existovat způsob, jak do sebe zaplést dvě černé díry. (Kvantové provázání je zvláštní jev, obvykle pozorovaný pouze v malých subatomárních měřítkách, při kterém jsou dvě částice nebo objekty nerozlučně propojeny na obrovské vzdálenosti). Zatím se nikomu nepodařilo proplést objekty viditelné pouhým okem, ale za předpokladu, že by existoval způsob, jak proplést dva objekty tak masivní, jako jsou černé díry, bylo by možné je použít jako způsob okamžité teleportace mezi dvěma místy. V takovém případě, pokud byste náhodou spadli do černé díry, by mohl existovat způsob, jak vás dostat ven – i když v jiném čase a na jiném místě.

Rotující černé díry by mohly umožnit šetrné hypersonické cestování

Připoutejte se, nasaďte si sluchátka s potlačením hluku a uvolněte se – za chvíli skočíte do rotující černé díry. Jistě, existuje velká šance, že budete roztrháni na kusy a už vás nikdy nikdo neuvidí, ale přinejmenším někteří fyzikové si myslí, že vstup do rotující černé díry může být ve skutečnosti docela jiný zážitek. Ve skutečnosti mohou být rotující černé díry spíše jemnými časovými portály.

Předpokládejme, že červí díry existují a že černé díry jsou cestou do nich. Některé typy supermasivních černých děr, jako například něžný obr v srdci naší galaxie, příliš nerotují. A nové výpočty naznačují, že cesta do takové černé díry by ani neznamenala hrbolatou jízdu, protože její pomalá rotace by znamenala zanedbatelné smršťování a roztahování a byla by v rozsahu napětí, které by vesmírná loď zvládla.

• Co to je? Odpovědi na vaše fyzikální otázky
• Dvanáct nejpodivnějších objektů ve vesmíru
• Kosmičtí rekordmani: 12 největších objektů ve vesmíru

Původně publikováno na Live Science.

.