V roce 2003 americký astronom Martin Harwit z Cornell University teoreticky předpověděl, že rychle rotující černé díry by mohly způsobovat spirálovité stáčení elektromagnetických vln světla, které prochází v jejich blízkosti.
Rotující černé díry deformují časoprostor jinak
Harwit tehdy zkoumal tzv. orbitální moment hybnosti fotonů. Ve svých vývodech přitom vycházel z Einsteinovy teorie relativity, jež tvrdí, že poblíž velmi hmotných a hustých těles dochází k deformacím časoprostoru.
Pokud však tato tělesa navíc ještě rotují, pak vlivem rotace dochází ke "strhávání" okolního časoprostoru. Z toho vyplývá, že deformace má ještě složitější průběh.
Harwitovy předpovědi nyní potvrdily počítačové matematicko-fyzikální simulace, které provedl mezinárodní výzkumný tým. Ten byl složený z vědců z Itálie, Švédska, Austrálie a Španělska.
Potvrdilo se, že světelné vlny procházející blízko kolem rychle rotujících černých děr rovněž podléhají deformaci. Ta způsobí, že se jejich původně rovinné vlnoplochy stáčejí do spirály.
Rotující černé díry
Důvodem je, že u fotonů dochází ke změnám v již zmíněném orbitálním momentu hybnosti. Elektromagnetické vlny tak dostávající charakteristický šroubovitý tvar.
"Jde o zvláštní typ rotujícího světla," říká jeden z autorů studie Bo Thidé ze Švédského astrofyzikálního ústavu.
Dva dopady studie
Podle vědců lze měřit orbitální moment hybnosti světla. V praxi by šlo o velmi obtížné měření, kladoucí maximální nároky na jeho přesnost. V principu ovšem je možné. A to je velice důležité, neboť by to mohlo mít obrovský dopad na současnou astrofyziku a teoretickou fyziku.
Za prvé by vědci měli poprvé k dispozici metodu, která by jim umožňovala přímo detekovat černé díry. Ale nejen to. Měření orbitálního momentu hybnosti světla by rovněž mohlo představovat další výzvu i pro samotnou teorii relativity, neboť se tak nabízí další možnost jejího testování.
Přímé detekování černých děr
I když o existenci černých děr dnes většina vědců nepochybuje, nikdo z nich neviděl žádnou černou díru na vlastní oči. Ani nemohl.
Astrofyzici je v současnosti zkoumají vždy jen pomocí nepřímých metod. Buď na jejich přítomnost usuzují z jejich gravitačního vlivu na okolní tělesa (hvězdy apod.), jež pozorovat přímo umíme, anebo studují světlo, které vydává rozžhavená hmota padající do jejich nitra.
Cokoliv (včetně světla), co překročí tzv. horizont událostí černé díry, zmizí navždy a nenávratně pryč z našeho dohledu i dosahu. Přesto jsou vědci přesvědčeni, že černé díry tak úplně černé nejsou.
I když o existenci černých děr většina vědců nepochybuje, nikdo z nich neviděl žádnou černou díru na vlastní oči. |
Podle nich vydávají nepatrné tepelné záření známé jako Hawkingovo záření. Jenže toto záření je tak slabé, že ho zcela překrývá reliktní záření pocházející z dob nedlouho po Velkém třesku.
Ovšem změny v orbitálním momentu hybnosti světla by vědcům mohly poskytnout docela vhodný nástroj k tomu, jak účinně odfiltrovat Hawkingovo záření a pozorovat tak černé díry přímo. Záleží jen na schopnostech a možnostech budoucích teleskopů (zde zmiňme zejména mezinárodní projekt Square Kilometre Array).
Testování teorie relativity
Pokud by změny v orbitálním momentu hybnosti byly u světla skutečně zaznamenány, znamenalo by to, že teorie relativity opět správně předpovídá, co se děje v okolí extrémně hmotných a hustých těles. V opačném případě by však vyžadovala revizi.
Zdroj:
