Jak víme, že existují černé díry?MinutePhysics

Jestli víte o černých dírách aspoň něco věc, je to asi to, že jakmile se cokoliv dostane do horizontu událostí, nemůže to už uniknout. Ani světlo. Tím se nabízí otázka: Když z černé díry nemůže nic uniknout, jak je můžeme pozorovat? Jak vůbec víme, že existují? Zaprvé, uvězněné jsou jen věci uvnitř horizontu událostí. Černé díry gravitačně působí i na věci vně horizontu událostí a pozorování těchto věcí nám napovídá, že nedaleko černá díra je.

Například mnoho hvězd obíhá ve dvojicích. Ale jsou i hvězdy obíhající věci, které nejsou obyčejné hvězdy, ale třeba vysílají spoustu rentgenového záření. Rentgenové záření často vychází z prachu a plynů, které se značně zahřejí při formování velmi hustého, těžkého objektu. Zjištěním hmotnosti a parametrů oběžných drah hvězd, jejichž partneři takto září, můžeme určit hmotnost těchto partnerů.

Někteří jsou dost lehcí, aby to byly neutronové hvězdy, které se do sebe ovšem v případě překročení určité hmotnosti zhroutí. Podle teoretických výpočtů je tato hmotnost 2–3× hmotnost Slunce a všechny pozorované objekty tuto podmínku splňují. Ale je plno hvězd, jejichž oběžné dráhy prozrazují, že jejich rentgenově zářící partneři mají 5–10× vyšší hmotnost než Slunce. Jednoduše nevíme, co jiného než černé díry by mohly být. Někdy ani nepotřebujeme obíhající hvězdu, k určení hmotnosti objektu stačí záření a rádiové vlny z horkého materiálu padajícího dovnitř této "nehvězdy".

Někdy se z nich vyklubou neutronové hvězdy, v jiných případech jsou na to příliš těžké a můžou to být jen černé díry. Ve středu mnoha galaxií, včetně té naší, se nacházejí objekty, které vysílají mnoho rentgenového a infračerveného záření, ale ne moc světla. Víme, že jsou nesmírně těžké kvůli tomu, jak je okolní hvězdy a prach obíhají.

Jejich oběžné dráhy nám říkají, že tyto objekty jsou tak malé a těžké, že nemohou být hvězdy, shluky hvězd, nebo mračna neviditelné hmoty. Můžou to být jen kompaktní, supertěžké černé díry. Uprostřed naší Mléčné dráhy leží objekt vysílající vlny a rentgenové a infračervené záření s názvem Sagittarius A*. Protože jej blízké hvězdy obíhají velmi blízko a rychle, víme, že má hmotnost 4 000 000× vyšší než Slunce.

Několikrát jsme již také přímo pozorovali gravitační vlny pocházející z kolizí dvou velkých a hustých objektů. Některé měly rysy vln z kolize objektů lehkých jako neutronové hvězdy, jiné ale musely pocházet z objektů moc těžkých na to, aby byly cokoliv jiného než pár černých děr slučujících se v jednu. V těchto případech vlny vypadaly přesně tak, jak výpočty kolizí černých děr předpokládaly.

V mnoha částech vesmíru jsme tak pomocí jejich gravitace odhalili těžké, husté objekty. Buď nepřímo pozorováním účinku na blízké hvězdy a akreční disky, nebo přímo podle jejich gravitačních vln. Mnoho těchto těžkých objektů je moc tmavých na to, aby to byly hvězdy, moc tmavých a kompaktních na to, aby to byl shluk hvězd, a moc těžkých na neutronové hvězdy. Existují a chovají se tak, jak fyzika předpovídá chování černých děr.

A nemůžou být ničím jiným. Jak říkají astronomové: "Věříme, že černé díry, nebo objekty, které mají mnoho vlastností černých děr, existují." Takže pokud to vypadá a chová se to jako černá díra, říkáme tomu černá díra. Za podporu tohoto videa děkujeme projektu teleskopu Jamese Webba. Teleskop bude schopný pozorovat ty nejvzdálenější a největší černé díry v pradávných galaxiích a snad pochopíme, jak černé díry ovlivňují jejich vývoj.

Teleskop také bude objevovat černé díry podle přitahovaných hvězd, plynů a prachu a pomůže nám porozumět dynamice jejich energie, včetně výtrysků plazmatu. Překlad: Dr.Don www.videacesky.cz