Astronomové (a celé lidstvo) mají svátek: je představen první obrázek černé díry. Byl vytvořen pomocí Event Horizon Telescope (EHT), virtuálního dalekohledu tvořeného několika rádiovými dalekohledy po celém světě. Obrázek ukazuje materiál kolem supermasivní černé díry ve středu galaxie vzdálené 55 milionů světelných let. A ano, černá díra je koncentrovaná fyzika, bláznivé gravitační jevy na pokraji možných a nemožných, extrémních podmínek (zde si můžete přečíst více o tom, jak černé díry fungují). Existuje však několik otázek.
Je černá díra těžko vidět, protože je černá?
Ne. To znamená ano. Je to pravda: černé díry jsou černé. Obvykle vidíme nejrůznější hvězdy a všechno, protože světlo, které vyzařují, zasahuje naše dalekohledy (nebo přímo do našich očí) a registrujeme to. Černé díry jsou opravdu černé. Nevyžarují viditelné světlo (kvůli složitým gravitačním trikům), takže je nelze vidět.
Ale to není velký problém. Kdybychom měli v naší sluneční soustavě černou díru, viděli byste to. Viděli byste zakřivení vesmíru podle jeho přítomnosti a viděli byste látku, která se točí kolem tohoto trychtýře. Pokud jste viděli film Interstellar, zhruba ukazuje vizualizaci černé díry - bylo to provedeno s pomocí astrofyzika Kip Thorne.
Černá díra je těžko vidět, protože je malá. No dobře, ne tak maličký jako mravenec. Je malá v tom smyslu, že člověk je malý, když se dívá ze vzdálenosti jednoho kilometru. Nejlepší termín by byla úhlová velikost. Pokud otočíte hlavu v kruhu, získáte 360 ° celkový výhled (ale nezapomeňte také otočit své tělo, jinak ohnete krk). Pokud držíte palec v délce paže, je to úhlová velikost asi půl stupně. Měsíc má přibližně stejnou úhlovou velikost, takže ji můžete zakrýt palcem.
A co velikost černé díry? Ano, je to obrovské. Je také vzdálená 55 milionů světelných let. To znamená, že bude trvat 55 miliónů let, než světlo dorazí tak daleko. Je to neuvěřitelně daleko. Ale úhlová velikost nám opravdu brání. Černá díra (alespoň její viditelná část) má úhlovou velikost asi 40 mikrosekund.
Co je mikrosekundy? Jak víte, kruh je rozdělen do stupňů (a byl již dlouhou dobu). Každý stupeň může být rozdělen do 60 obloukových minut a každá minuta je 60 obloukových sekund. Pokud rozdělíte sekundu na milion dílů, dostanete mikrosekundu. Pamatujete, že úhlová velikost měsíce je 0,5 stupně (při pohledu ze Země)? To znamená, že úhlová velikost Měsíce je 45 milionůkrát větší než velikost černé díry. Černá díra je z hlediska úhlové velikosti malá.
Propagační video:
Ale to není vše. Kvůli ohybu nevidíme věci malých úhlových velikostí. Když světlo prochází otvorem (například dalekohledem nebo do oka), je rozptýleno. Ohýbá se tak, že zasahuje do zbytku světla procházejícího otvorem. V případě oka to znamená, že lidé mohou rozeznat objekty s úhlovou velikostí asi 1 oblouková minuta.
A to také znamená, že na fotografii je obtížné zachytit něco tak malého jako černá díra.
Jak překonat difrakční limit?
Přiznejme si. Věci malých úhlových rozměrů jsou opravdu těžko vidět - jak tedy můžeme vidět materiál kolem černé díry? Úhlové rozlišení dalekohledu opravdu závisí pouze na dvou věcech: velikosti díry a vlnové délce světla. Použití kratších vlnových délek (jako je ultrafialové nebo rentgenové záření) poskytuje lepší rozlišení. V tomto případě však dalekohled používá vlnovou délku světla v milimetrovém rozsahu. Jedná se o poměrně dlouhou vlnovou délku ve srovnání s viditelným světlem, které je v rozsahu 500 nanometrů.
A to znamená, že jediný způsob, jak překonat difrakční limit, je zvětšit dalekohled. To je to, co udělali s událostí Horizon Telescope. V podstatě jde o dalekohled o velikosti Země. Šílenství, ale pravda. Shromažďováním dat z více dalekohledů v různých částech světa můžete data kombinovat a převést je na data z jednoho dalekohledu GIANT. Pravda, musíte to zkusit. S touto metodou jsou však i problémy. S pouze několika dalekohledy tým EHT používá řadu analytických technik k vytvoření nejpravděpodobnějšího obrazu ze shromážděných dat. Podařilo se jim tedy „čerpat“materiál kolem černé díry.
Je to skutečná fotografie černé díry?
Když se podíváte dalekohledem a uvidíte Jupitera, vidíte Jupitera. Poznámka: Pokud jste to ještě neudělali, zkuste to. To je hustý. Sluneční světlo se odrazí od povrchu Jupiteru a pak putuje dalekohledem do vašeho oka. Výložník. Jupiter. Je skutečný.
Ale s černou dírou jsou věci trochu jiné. Obrázek, který vidíte, není ani ve viditelném rozsahu. Toto je rádiový obraz vytvořený z vlnových délek světla. Jaký je rozdíl mezi rádiovými vlnami a běžným viditelným světlem? Ve skutečnosti je rozdíl pouze ve vlnové délce.
Světelné a rádiové vlny jsou elektromagnetické vlny. Toto je šíření měnícího se elektrického pole spolu se měnícím se magnetickým polem (současně). Tyto vlny se pohybují rychlostí světla - protože jsou světlo. Protože však rádiové a viditelné světlo má různé vlnové délky, interagují s hmotou odlišně. Pokud zapnete rádio doma, obdržíte signál od nejbližší rozhlasové stanice. Tyto rádiové vlny se pohybují přímo přes zdi. A ty viditelné nepřecházejí.
Totéž platí pro obrázky. Máte-li viditelné světlo z předmětu, můžete je vidět svým okem a zaznamenat tento snímek na film nebo digitální rekordér. Tento obrázek pak může být zobrazen na obrazovce počítače a ve skutečnosti může být zobrazen. Takto vidíte obrázek měsíce.
Pokud jde o materiál kolem černé díry, nejedná se o viditelný obrázek. Toto je obraz rádia. Každý pixel v obrázku představuje specifickou vlnovou délku, ale rádiové vlny. Oranžové části jsou nepravdivé barevné reprezentace 1 milimetrové vlny. Totéž se stane, když chceme „vidět“obrázek v infračerveném nebo ultrafialovém rozsahu. Musíme tyto vlnové délky převést na to, co vidíme.
Tento snímek černé díry tedy není obyčejnou fotografií.
Ilya Khel