Černé díry jsou oblasti vesmíru, kde je v malém objemu tolik hmoty, že existuje horizont událostí - oblast vesmíru, ze které nemůže uniknout nic, ani světlo. To však neznamená, že černé díry nasávají hmotu. Prostě ji přitahují. Vědecký redaktor Forbes vyvrací jeden z mýtů o Černých dírách.
Černé díry jsou oblasti vesmíru, kde je v malém objemu tolik hmoty, že existuje horizont událostí - oblast vesmíru, ze které nemůže uniknout nic, ani světlo. To ale neznamená, že černé díry nasávají hmotu. Prostě ji přitahují.
Černé díry jsou možná nejpodivnější a nejúžasnější objekty ve vesmíru. Tam je obrovská hmota koncentrována ve velmi malém objemu a černé díry se nevyhnutelně zhroutí do stavu singularity, obklopené horizonty událostí, za které už nic nemůže jít. Jedná se o nejhustší objekty ve vesmíru. Když se k nim něco příliš přiblíží, síly černé díry to roztrhnou. Když hmota, antihmota nebo záření překročí horizont událostí, jednoduše spadnou do středu černé díry, zvětší ji a přidají na její hmotnosti.
Tyto vlastnosti černých děr existují a je to všechno pravda. S tím je ale spojena jedna myšlenka, která je absolutní fikcí: že černé díry nasávají hmotu kolem sebe. To je velmi daleko od pravdy a je to úplné zkreslení obrazu gravitace. Největší mýtus o černých dírách je, že nasávají hmotu. A tady je vědecká pravda.
V zásadě a z praktického hlediska se černá díra může tvořit různými způsoby. Velká hmotná hvězda může přejít na supernovu, jejíž centrální jádro se zhroutí a vytvoří černou díru. Můžete vidět, jak dvě neutronové hvězdy splývají, a pokud projdou určitou prahovou hodnotou hmotnosti, výsledkem je nová černá díra. Buď se zhroutí obrovská kupa hmoty (supermasivní hvězda nebo obrovský mrak zmenšujícího se plynu) a promění se přímo v černou díru.
Pokud je v dostatečně koncentrovaném objemu prostoru dostatek hmoty, vytvoří se kolem ní horizont událostí. Za horizontem událostí se od něj můžeme vzdálit, pokud se vzdálíme od černé díry rychlostí světla. Pokud se ale nacházíme uvnitř horizontu událostí, pak i při rychlosti světla, která je mezí kosmické rychlosti, nás jakákoli trajektorie pohybu stále povede do středu černé díry, to znamená k singularitě. Je prostě nemožné uniknout z černé díry v horizontu událostí.
Ale objekty mimo černou díru mají také spoustu problémů. Černé díry jsou tak masivní, že když se k jedné z nich přiblížíme, začneme pociťovat značné slapové síly. Tyto slapové síly možná znáte, pokud víte, co je Měsíc a jak interaguje se Zemí.
Měsíc a Zemi lze nepochybně považovat za hmotné body umístěné v relativně velké vzdálenosti 380 tisíc kilometrů od sebe. Ve skutečnosti však Země není bodem, ale objektem, který zaujímá určitý a docela skutečný objem. Některé oblasti Země jsou blíže k Měsíci než jiné. Ti, kteří jsou si bližší, zažívají sílu přitažlivosti více než průměrně. Ti, kteří jsou dále, mají méně než průměrnou gravitaci.
Propagační video:
Kromě rozdílu ve vzdálenosti však existují i jiné funkce. Stejně jako všechny fyzické objekty je i Země trojrozměrná. To znamená, že „horní“a „spodní“část Země (při pohledu z Měsíce) jsou taženy dovnitř, směrem k jejímu středu vzhledem k těm částem, které jsou uprostřed.
S tímto vším, pokud odečteme průměrnou sílu existující v kterémkoli bodě Země, uvidíme, že různé body na povrchu jsou vystaveny vnějším silám z Měsíce různými způsoby. Čáry těchto sil tvoří relativní síly působící na objekt a vysvětlují, proč je objekt pod vlivem slapové síly přitahován k němu a stlačován kolmo ke směru této síly.
Čím blíže se dostaneme k masivnímu objektu, tím větší jsou slapové síly. Rostou ještě rychleji než gravitace! Protože černé díry mají obrovskou hmotnost, ale jsou velmi kompaktní, vytvářejí nejsilnější slapové síly ve vesmíru. Z tohoto důvodu, jak se přibližujeme k černé díře, se stále více protahujeme a stáváme se jako tenké špagety.
Na základě toho je velmi snadné pochopit, proč nás černá díra může nasát. Čím více se k tomu přibližujeme, tím silnější je gravitace a tím více se nás slapová síla začíná táhnout a trhat.
Představa, že nás může nasát černá díra, je však mylná. Jakákoli částice, která tvoří objekt, který je pod vlivem černé díry, se stále řídí známými zákony fyziky, včetně pravidla zakřivení časoprostoru od obecné relativity.
Ano, kvůli přítomnosti hmoty se struktura vesmíru ohýbá a černá díra je největší akumulací hmoty ve vesmíru. Je ale také pravda, že hustota této hmoty nijak neovlivňuje zakřivení prostoru. Pokud je bílý trpaslík, neutronová hvězda nebo černá díra se stejnou hmotou nahrazena Sluncem, síla gravitačního působení na Zemi se nezmění. Prostor kolem nás je zakřiven celkovou hmotou jako celkem a hustota s tím nemá prakticky nic společného.
Z dálky vypadá černá díra jako každá jiná hmota ve vesmíru. Pokud se k tomu ale přiblížíme v minimální vzdálenosti několika poloměrů Schwarzschildovy sféry, začneme si všímat odchylek od newtonovské gravitace. Černá díra však stále funguje jednoduše jako těžiště a objekty přibližující se k ní obíhají na normální oběžné dráze: kruh, elipsa, parabola nebo hyperbola s velmi dobrou aproximací.
Přílivové síly mohou způsobit, že se blížící se objekty natáhnou a roztrhnou. A jak se hmota hromadí kolem černé díry ve formě akrečního disku, mohou nastat další důsledky, jako jsou magnetická pole, tření a ohřev. Kvůli tomuto dalšímu nárazu část hmoty zpomalí a bude pohlcena černou dírou, ale většina z ní zůstane venku.
Faktem zůstává, že černé díry nic nesají. Všechny ostatní běžné objekty (měsíce, planety, hvězdy) mají stejné síly jako černá díra. Všechno je to jen gravitace. Největší rozdíl je v tom, že černé díry jsou hustší než většina objektů, zabírají ve vesmíru mnohem menší objem a mohou být mnohem masivnější než jakýkoli jiný objekt. Saturn letí tiše na své oběžné dráze kolem Slunce, ale pokud místo Slunce ve středu Mléčné dráhy dáme černou díru, jejíž hmotnost je čtyřmiliónkrát větší než hmotnost naší hvězdy, pak slapové síly Saturn rozbijí a promění jej v obří prstenec a stane se nedílnou součástí akrečního disku stejná černá díra. A pokud existuje dostatečné tření, zahřívání a zrychlení v přítomnosti gravitace generované hmotou,elektrické a magnetické pole, pak v průběhu času spadne dovnitř a bude spolknuto.
Zdá se jen, že černé díry pohlcují hmotu, protože jsou velmi masivní a slapové síly a hmota nahromaděné kolem černé díry společně mohou roztrhat vnější předměty na kousky, po nichž bude část takového předmětu pod vlivem tažné síly uvnitř akrečního disku a v průběhu času a uvnitř samotné černé díry. Ale černá díra je velmi jemná a drtivá většina hmoty, která prochází blízko ní, je vyplivnuta zpět v té či oné podobě. A jen malá část se dostane dovnitř horizontu událostí a nutí černou díru k postupnému růstu.
Pokud nahradíme veškerou hmotu ve vesmíru černou dírou s odpovídající hmotou a potom odstraníme vše, co vytváří třecí, řekněme, akreční disky, pak černá díra nasaje velmi málo. Částice podstoupí pouze tření v důsledku záření gravitačních vln, které prochází zakřiveným časoprostorem generovaným černou dírou. Podle Einsteinovy teorie bude uvnitř absorbována pouze ta hmota, která je uvnitř a v samém středu stabilní cyklické dráhy. To je zanedbatelné ve srovnání s tím, co spadá do horizontu událostí v naší fyzické realitě.
Ve výsledku máme pouze gravitační sílu a zakřivený časoprostor vznikající z přítomnosti těchto hmot. Představa, že černé díry něco nasávají, je největším mýtem. Zvyšují se kvůli gravitaci a ničemu jinému. Ale ve vesmíru je to víc než dost.
Ethan Siegel
