Černé díry jsou možná nejpodivnější a nejzáhadnější předměty ve známém vesmíru. Nikdo je neviděl, ale vědci si jsou jistí, že existují. Einstein je nejen předpovídá, ale jejich přítomnost je nepřímo potvrzena vlivem, který mají na časoprostor kolem nich. O těchto objektech víme něco, ale nevíme nic víc. Podle vědců pochopení fenoménu černých děr a zejména těch procesů, které se vyskytují v jejich centrech, nám umožní nejen porozumět, ale také nám dá příležitost kontrolovat velmi základní přírodní síly, například stejnou gravitaci.
Vědci každý rok hlásí objevy týkající se černých děr, krok za krokem, což vede k bližšímu pochopení jejich povahy. Dnes budeme mluvit o deseti nejnovějších.
Mnoho černých děr střední hmoty
Z rodiny černých děr jsou pravděpodobně nejvýznamnější tzv. Střední (nebo střední) hromadné černé díry. Jedná se o černé díry, jejichž hmota je podstatně větší než hmota černých děr s hvězdnou magnitudou (od 10 do několika desítek solárních hmot), ale mnohem menší než hmota supermasivních černých děr (od milionu po stovky milionů slunečních hmot). Dříve se předpokládalo, že tento typ černé díry se vyskytuje mnohem méně často, než naznačovaly ostatní dvě třídy, ale nedávný objev tento názor vyvrátil.
V roce 2018 vědci našli místo, kde se tyto předměty nejčastěji nacházejí. Z dosud nevysvětlených důvodů se ve středech malých galaxií nejčastěji vyskytují černé díry střední hmotnosti. Jakmile na to vědci přišli, vzácná černá díra už nebyla vzácná. Navíc tento objev může pomoci vyřešit další tajemství spojené s černými dírami.
Jednou z nejnaléhavějších otázek moderní astronomie je povaha supermasivních černých děr. Vědci nemohou pochopit, jak se některé objevené superhmotné černé díry v relativně kompaktních galaxiích od Velkého třesku velmi rychle rozrostly. Stejné černé díry střední hmotnosti mohou ukazovat na správnou odpověď. Podle jednoho z předpokladů mohly supermasivní černé díry vyrůst z černých děr průměrné hmotnosti, podle jiného - narodily se tak od samého začátku. Ale jak? Vědci zatím nemohou poskytnout přesnou odpověď, ale zdá se, že se začínají pohybovat správným směrem.
Propagační video:
Tajemné objekty poblíž Střelce A *
Střelec A * je supermasivní černá díra umístěná ve středu naší galaxie. Na počátku roku 2000 vědci objevili vedle sebe dva záhadné objekty. Byly přezdívány předměty třídy G a původně byly zaměňovány za oblaky plynu a prachu. Tajemství začalo poté, co se tyto objekty přiblížily k černé díře. Místo toho, aby byly objekty G1 a G2 roztrhány mocnou gravitací superhmotné černé díry, přežily.
V roce 2018 vědci objevili další tři objekty třídy G (G3, G4, G5) poblíž Střelce A *. Analýza údajů shromážděných za 12 let konečně neobjasnila situaci astronomů. Objekty přitahují pozornost pro své neobvyklé vlastnosti. Všech pět G-objektů má charakteristické vizuální podpisy plynových mraků, ale chovají se jako hvězdy obrovské hmoty.
Na základě toho vědci předpokládali, že se setkali s velmi vzácným typem hvězd, které nejsou pro naši galaxii charakteristické. Vědci vysvětlují vzhled těchto objektů jedinečnými podmínkami v blízkosti supermasivní černé díry: zde se pod vlivem silné gravitace mohou binární hvězdy zhroutit a vytvořit jediný velký objekt obalený silnými plyny a prachovými obálkami. Vědci nicméně poznamenají, že ne všechny objekty mají podobné oběžné dráhy kolem černé díry, takže ještě nemohou přesně vysvětlit povahu jevu, který viděli.
Nejstarší černá díra
Objev nejstarší černé díry není jen otázkou věku. Objev tohoto starého muže nám může pomoci vyřešit mnoho zajímavých záhad spojených s dobou, kdy se první hvězdy ve vesmíru začaly zapalovat.
Podle vědců se černá díra ULAS J1342 + 0928 objevená v roce 2017 narodila asi 690 milionů let po Velkém třesku. Když byl vesmír jen 5 procent dnešního věku, byla tato černá díra již 800 milionůkrát větší než naše Slunce dnes.
Objekt se nachází asi 13,1 miliardy světelných let od Země a utvářel se v prvních dnech vesmíru. Toto období se často nazývá dobou reionizace, kdy se začaly objevovat první hvězdy, galaxie, shluky a superklastry galaxií kvůli gravitační přitažlivosti. Úplný obraz reionizace není dosud vědcům jasný, takže černé díry, které se objevily v tomto období, mohou být určitě jedním z nejzajímavějších zdrojů nových informací.
Jak je uvedeno výše, vědci také nechápou, jak v tak krátké době po Velkém třesku dokázaly černé díry nahromadit obrovské množství hmoty. Objekty jako ULAS J1342 + 0928 mohou tuto otázku osvětlit, ale aby bylo možné vyvodit nějaké závěry, bylo by hezké najít alespoň několik podobných vesmírných dinosaurů. Bohužel černé díry z období reionizace jsou velmi vzácné.
Nejrychleji rostoucí černá díra
V roce 2018 vědci objevili „hladovou“černou díru ve známém vesmíru. Každý den, každou sekundu, spotřebovává hmotnost ekvivalentní hmotnosti našeho Slunce, díky níž také rychle roste. Naštěstí pro nás je velmi daleko. Pokud by toto monstrum bylo ve středu Mléčné dráhy, pak by rentgenové paprsky, které vytvoří, sterilizovaly Zemi od jakéhokoli života.
Když vědci objevili první světlo z kvasaru J2157-3602 spojené s touto černou dírou, jeho věk byl odhadován na 12 miliard let. Jakmile vědci potvrdili, že vedle kvasaru je skutečně černá díra, její hmota již byla kolem 20 miliard slunečních hmot. V tuto chvíli nemohou astronomové vysvětlit důvod rychlého růstu černé díry.
Jediné, co je o tomto objektu známo, je to, že jeho chuť k jídlu zahřívá okolní plyn a prach do takového stavu, že jejich jas snadno zastíní světlo téměř všech hvězd na obloze.
Skrytý cluster
Jeden cluster galaxií může obsahovat stovky nebo dokonce tisíce galaxií. Tyto shluky vědci považují za některé z největších objektů ve vesmíru. Myslíte si, že takového monstrum nelze skrýt pomocí jediného vesmírného objektu? Mýlíš se. Jeden kvasar dokázal opak.
Objevený objekt se jmenoval PKS1353-341 a původně měl být samostatnou galaxií s neuvěřitelně jasnou centrální oblastí. Astronomové na Massachusetts Institute of Technology v roce 2018 však odhalili pravdu, která byla skrytá několik desetiletí od objevení objektu. Ukázalo se, že objektem není galaxie, ale jeden jediný kvazar (oblast horkého plynu, která obklopuje superhmotnou černou díru), která se nachází ve středu celé kupy galaxií vzdálené 2,4 miliardy světelných let od Země.
Kvasar byl tak jasný, že doslova zatměl celý okolní prostor obsahující stovky galaxií. Vědci z MIT vypočítali jeho jas a ukázalo se, že je 46 miliardkrát jasnější než Slunce. Podle vědců je takový extrémní jas spojen s absorpcí velkého množství okolního materiálu centrální supermasivní černou dírou.
Duální systémy
Další záhadou pro vědce jsou tzv. Dvojité, tj. Spárované černé díry, které se kolem sebe obalují. Případy kolizí černých děr již vědci zaznamenali v minulosti. Dva byly identifikovány v roce 2015 a další v roce 2017. Díky tomu se vědci překvapivě poprvé stali přímými svědky stejně vzácného jevu.
V přijatém signálu kolize dvou černých děr byly zaznamenány známky gravitačních vln prostoru-čas - změna gravitačního pole, šířící se jako vlny. V tomto případě nebyly obě černé díry zničeny, ale místo toho se sloučily do jediného celku - superhmotná černá díra, ještě větší než její předchůdci.
Vědci mají dva předpoklady o povaze vzhledu systémů z binárních černých děr. Podle jednoho, binární černé díry se objeví, když binární hvězdné systémy umírají. Podle druhé jsou černé díry vytvořeny nezávisle na sobě a poté, když se v prostoru pohybují, jsou přitahovány k sobě pod vlivem gravitačních sil.
Smrtící bublina
V roce 2018 fyzici navrhli další scénář apokalypsy: Země by mohla být zničena černými dírami. O rok dříve oslavil vědecký svět potvrzení objevu gravitačních vln, což je fenomén, který se táhne a stahuje do reality. Tato síla je smrtící.
V nové teorii vědci z Princetonské univerzity předpovídali jeden ze scénářů toho, co by se mohlo stát, kdyby se v důsledku vysokoenergetických kosmických kataklyzmat (například, když se sloučí dvě černé díry nebo dvě neutronové hvězdy), výsledné gravitační vlny srazily.
Pro ilustraci jsou gravitační vlny často porovnávány s kruhy ve vodě, které se vyskytují při vržení kamene. Pokud se však částice nebo předmět pohybuje rychlostí světla, mohou se objevit rovinné gravitační vlny. Podle vědců, pokud jsou vlny dostatečně velké, pak by jejich srážka mohla vytvořit obrovskou černou díru, která změní prostor a čas v obrovské oblasti vesmíru.
Pokud se to stane vedle Země, pak nejen všechny živé věci, ale také planeta sama a celá sluneční soustava skončí.
Rogue Black Hole
Vědci opakovaně přemýšleli o možnosti „vypuštění“galaxií ze svých centrálních černých děr. Astronomové však po dlouhou dobu nemohli najít tento důkaz. V roce 2017 však galaxie 3C186 představila průzkumníky vesmíru se skutečným překvapením.
Podle vědců byly galaxie 3C186 dříve dvěma samostatnými galaxiemi, které se v určitém okamžiku ve své historii sloučily do jedné. Nová galaxie nabrala místo údajné nepříznivé struktury zcela jasné obrysy a tvar, ale hlavní překvapení přišlo z jejího středu: vědci plné nadějí na nalezení superhmotné černé díry v ní nenašli vůbec nic.
Později byla černá díra stále objevena, pouhých 35 000 světelných let od galaktického centra 3C186. Když se dvě hvězdokupy zhroutily, jejich centrální galaktické černé díry se srazily a nakonec vytvořily supermasivní černou díru. Tato událost s největší pravděpodobností vytvořila velmi silné gravitační vlny, které vytlačily tuto nově vytvořenou černou díru z galaxie, vysvětlují vědci.
Ukázalo se však, že to není tak snadné, vědci pokračují. Vyhození černé díry z galaktického centra vyžadovalo energii ekvivalentní výbuchu 100 milionů supernov. Vědci stále nepřišli na to, co se tam skutečně stalo, ale už je jasné, že existují síly, které vydrží i sílu samotných černých děr.
Je zajímavé, že nepoctivá černá díra pokračuje v pohybu směrem k okrajům své galaxie. Při současném tempu bude zcela vypuzena mimo ni za přibližně 20 milionů let.
Obrácená doba
Černé díry se tvoří, když dojde k gravitačnímu kolapsu (stlačení) dostatečně masivní hvězdy nebo ke zhroucení centrální části galaxie nebo protogalaktického plynu. V tuto chvíli je do vesmíru vrženo obrovské množství gama záření. Ta je zase nejjasnější elektromagnetickou událostí, která se vyskytuje ve vesmíru, a vědci ji stále ještě nepochopili.
V roce 2018 byly ve zachycených gama paprskových signálech nalezeny velmi zvláštní znaky, které lze podle vědců z NASA interpretovat jako „zvrácení času“. Každá událost gama paprsku obvykle vydává průběh podpisu, který se nikdy neopakuje. Zjištěné signály obsahovaly anomálie, které, jak se ukázalo, nemohly být vysvětleny z pohledu jakéhokoli teoretického modelu. Tyto signály byly speciální vlnovité struktury, které se otáčely v čase, jako by jejich začátek byl na konci výbuchu a na konci - v prvních okamžicích výbuchu.
Pro některé fyziky bylo takové pozorování dostačující k tomu, aby si vyžádalo důkaz o obrácení času. Podle dalšího a nejpravděpodobnějšího realističtějšího vysvětlení by se paprsky emise gama paprsku na jejich cestě mohly střetnout s nějakou záležitostí, která dala vlnám podpis, který vědci akceptovali pro opačný průběh času. Je docela možné, že paprsky zasáhly nějakou akumulaci hmoty, která na ně působila jako odrazná plocha. Není však vyloučeno, že mluvíme o zcela novém fyzikálním zákonu, jehož prvním příkladem byli vědci v roce 2018.
Duchové ztracených vesmírů
V srpnu tohoto roku učinil britský fyzik na Oxfordské univerzitě Roger Penrose velmi hlasité prohlášení. On a jeho tým tvrdí, že před příchodem našeho vesmíru, tj. Před Velkým třeskem, existoval další vesmír. Tento závěr byl vyvolán řadou pozorovaných světelných anomálií v mikrovlnném záření pozadí, což jsou podle Penrose světelné spirály zbylé z černých děr, které patřily k předchozímu vesmíru, který existoval před Velkým třeskem.
V jedné z jeho teorií ještě slavnější britský fyzik Stephen Hawking navrhl, aby černé díry po ztrátě většiny částic zmizely. Tyto hypotetické částice se nazývají gravitony. Nemají žádnou hmotu, žádný elektrický nebo jiný náboj, ale zároveň mají energii, a proto se podílejí na gravitační interakci.
Když jeden vesmír zemře a objeví se nový, tyto gravitony se podle Penrose stanou součástí nového vesmíru. Vědec a jeho kolegové jsou přesvědčeni, že tyto přežívající „zbytky“našli v mikrovlnném pozadí. Zjistené anomálie světla nazvali „body Stephena Hawkinga“. Pokud budou pozorování vědců potvrzena, budeme čelit seriózní revizi teorie velkého třesku.
Nikolay Khizhnyak