Černé díry mohou ovlivnit celé galaxie, řekl astrofyzik v Rozstřelu

Ve středu astronomové z projektu Event Horizon Telescope ukázali vůbec první fotografii černé díry. Co to pro vědu znamená a co o těchto objektech víme, na to jsme se ptali astrofyzika Jiřího Svobody z Astronomického ústavu v pořadu Rozstřel.

Rozstřel

Sledovat další díly na iDNES.tv

Jiří Svoboda

Specializuje se na výzkum černých děr. Věnoval se nejprve modelování chování a záření hmoty v jejich okolí, dnes se spíše zaměřuje na interpretaci naměřených astronomických údajů z této oblasti. V roce 2014 obdržel prémii Otto Wichterleho, Bolzanovu cenu z MFF UK a Prémii Jana Friče. Působí na Astronomickém ústavu v Praze.

Již zhruba století fyzikové předpovídají, že ve vesmíru by měla být místa, ve kterých gravitace ohýbá světlo i čas do podob pro naši intuici zcela nepředstavitelných. Zhruba padesát let poté jsme objevili na obloze první místa, ve kterých by se tyto „černé díry“ měly skrývat. V dalších desetiletích se pak objevovaly další důkazy vlivu těchto podivných objektů na okolní vesmír. Ovšem přímo zahlédnout černou díru se poprvé podařilo až nyní.

První snímek černé díry, konkrétně supermasivní díry v nedaleké galaxii M87, byl zveřejněn ve středu 10. dubna. Podařilo se ho pořídit s pomocí „virtuálního teleskopu“ Event Horizon Telecope (EHT) s podobným průměrem jako má naše planeta.

„Je to úžasné vidět konečně snímek objektu, o kterém jsme hodně věděli, ale nikdy jsme ho nemohli přímo pozorovat,“ uvedl host Rozstřelu Jiří Svoboda.

Co však vlastně na snímku vidíme? „Vlastně jsme zachytili záření z bezprostředního okolí černé díry,“ vysvětlil v Rozstřelu Jiří Svoboda. „Tedy z místa těsně nad horizontem událostí, což je hranice, zpoza které se již žádné záření nedostane.“ Horizont událostí, který definuje celou černou díru, je uprostřed snímku. Okolo září hmota, která padá do černé díry. EHT zachytil její záření v mikrovlnné oblasti, konkrétně záření s vlnovou délkou kolem milimetru. 

Při zobrazení okolí černé díry je největší problém vzdálenost. Objekty jsou tak vzdálené - z našeho postavení tedy malé - že je zapotřebí ohromného teleskopu řádově velikosti naší planety. Praktické uskutečnění této myšlenky přinesl až rozvoj technologie tzv. rádiové interferometrie, tedy způsob, jak spojit výsledky několika různých teleskopů. „Obvykle se takto propojují teleskopy, které leží blízko sebe,“ říká Jiří Svoboda. 

Snímek vznikl složením několika pozorování, takže na něm zanikly některé detaily. Na druhou stranu si vědci jsou jistí, že zachycuje skutečně oblast kolem černé díry.

„Část, toho, co vidíme, je možná záření takzvané fotonové orbity,“ vysvětluje Jiří Svoboda. To je speciální znak černých děr: kolem jejich horizontu událostí totiž existuje obvykle jakýsi „pás světla“, oběžná dráha, na které se neudrží žádná hmota, ale udrží se na ní světlo (tj. fotony), které obíhají po téměř kruhových drahách kolem černé díry. 

Jde o nestabilní dráhu. Jinak řečeno, fotony z ní nakonec spadnou za horizont událostí, nebo se naopak uvolní zpět do prostoru. Tento „pás zachycených fotonů“ podle výpočtu leží ve vdálenosti zhruba 1 až 1,5násobku průměru horizontu událostí od středu černé díry.

Kde vznikají výtrysky

Co se děje za horizontem událostí, v tuto chvíli nedokážeme nijak zjistit. Astronomy extrémně zajímají události nad ním. Černá díra v jádru galaxie M87, kterou se podařilo vyfotit, je zajímavá výtryskem nabitých částic, který z ní míří směrem pryč z galaxii. Jeho délka je několik tisíc světelných let a jde tedy o jeden z největších a nejmohutnějších pozorovaných jevů ve vesmíru. 

„Nevzniká přímo v černé díře, ale někde v jejím okolí, my ovšem v tuto chvíli nevíme jak. S pomocí snímků bychom se rádi dozvěděli více,“ říká Jiří Svoboda. 

Černá díra v jádru galaxie M87

Extrémně energetické jevy, které u podobných objektů vznikají, mohou mít dramatický vliv na celé galaxie, říká český astrofyzik: „Výtrysky, případně větry, které u černých děr vznikají, mohou zahřát mezihvězdný plyn. A chladný plyn je zapotřebí ke vzniku hvězd,“ vysvětluje český astrofyzik.

Co to přinese

„Velmi se těším na další, podrobnější snímky,“ říká Jiří Svoboda. Použitá technologie se zlepšuje hned v několika ohledech: za prvé se do teleskopu EHT zapojují další zařízení, uvažuje se také o snímání na ještě kratších vlnových délkách. Zařízení by pak měla ještě vyšší rozlišení a na snímku by se mohly objevit další detaily.

To by mohlo znamenat posun pro fyziku jako celek. Z astronomického hlediska je stále nevysvětleným jevem, proč černé díry vznikají v jádrech galaxií. Navíc jde o unikátní laboratoře, kde se vyskytují energie a síly, které na Zemi nedokážeme napodobit. „Jsou tedy extrémně zajímavé i pro základní fyziku,“ potvrzuje Jiří Svoboda.

V tuto chvíli je ovšem těžké říci, zda právě studium černých děr dokáže odpovědět na některou z velkých otázek dnešní fyziky. Například co tvoří tzv. temnou hmotu, nebo pomoci sjednotit teorii relativity a teorii kvantovou.