Lačné černé díry
8. 4. 2011
Černá díra je vesmírný objekt natolik hmotný, že jeho gravitace v určité části časoprostoru pohltí naprosto všechno – i světlo. Teprve v několika minulých desetiletích však astronomové existenci černých děr definitivně potvrdili. Záhadou tedy už není, zda černé díry existují, ale proč se chovají tak divně.
Černá díra je vesmírný objekt natolik hmotný, že jeho gravitace v určité části časoprostoru pohltí naprosto všechno – i světlo. Teprve v několika minulých desetiletích však astronomové existenci černých děr definitivně potvrdili. Ve fantastické literatuře jsou černé díry popisovány jako bezprostřední hrozba pro celý vesmír. Skutečnost je ale trochu jiná.
Černé díry mohou mít různou velikost, jak víme už od sedmdesátých let. Malé černé díry vznikají, když se obrovské hvězda přiblíží k závěrečné fázi svého života a exploduje. Vnější vrstvy se odfouknou a jádro se zhroutí do sebe. Černá díra o stejné hmotnosti, jakou má například naše Slunce, by měla poloměr jen několik málo kilometrů. Tyto černé díry nás nevsají, museli bychom se nacházet jen ve velmi malé vzdálenosti. Černá díra o velikosti Slunce nevykazuje větší gravitaci, než Slunce samotné. Běžné hvězdné černé díry jsou však jen určitou částí příběhu.
Astronomové ke konci osmdesátých let zpozorovali, že středy mnoha galaxií jsou hustší a jasnější, než by měly být. Proto usoudili, že se tam skrývají nějaké obrovské masivní objekty. Třeba obří černé díry, které jsou miliónkrát a miliardkrát masivnější než ty hvězdné. Další možností bylo mnohem jednodušší vysvětlení – nabízelo se obrovské seskupení hvězd.
Dalekohledy však nebyly v té době natolik silné, aby dodaly údaje k vyřešení této záhady. Naštěstí už byl navržen Hubblův vesmírný dalekohled. Některá z jeho raných pozorování v devadesátých letech minulého století byla věnována právě hustým a jasným středům galaxií. Tam, kde pozemní dalekohledy viděly jen moře hvězd, Hubblův dalekohled už rozlišil mnoho podrobností. Objevil, že okolo centra galaxií rotují akreční disky plynu a prachu.
Když Hubblův dalekohled pozoroval tento disk ve středu nedaleké galaxie Messier 87, zjistil, že jeho barva není všude stejná. Jedna strana byla posunuta k modré, a ta druhé k červené barvě. Z toho vyplývá, že akreční disk musí velmi rychle rotovat. Tento jev zvaný Dopplerův nastává, když se frekvence a vlnová délka světla mění na základě pohybu tělesa, které ho vysílá. Objekt, který se pohybuje směrem k nám, vysílá světlo, jehož vlnová délka se zkracuje, takže zmodrá. Jakmile se začne pohybovat směrem ven, vlnová délka světla se prodlouží a zčervená.
Astronomové tak spočítali, že se disk otáčí rychlostí stovek kilometrů za vteřinu. V centru galaxie se musí skrývat objekt, který je tří miliardkrát hmotnější než naše Slunce, nejspíš obří černá díra. A jak se ukázalo, ta se nachází v centrech většiny galaxií, včetně naší Mléčné dráhy. To vše bylo před dvaceti lety. A dnes?
Záhadou už není, zda černé díry existují, ale proč se chovají tak divně. Pozorování Hubblova dalekohledu ukázala, že hmotnost černé díry do značné míry závisí na její hostitelské galaxii. Čím větší je černá díra, tím větší je i galaxie. Proč? To zatím nikdo neví.
Supermasivní černá díra je sice dost velká, ale ve srovnání s galaxií je opravdu malinká. Poměr vzdáleností je zhruba stejný, jako celé město k jediné minci. Prostor, který černá díra bezprostředně ovlivňuje, je miliónkrát menší, než galaxie, která ji obklopuje. Regulují černé díry velikost galaxií, nebo galaxie regulují velikost černých děr?
Máme tu ještě další záhadu. Hmota padající do supermasivních černých děr vytváří obrovské vířivé výtrysky. Čím více hmoty černá díry pohltí, tím silnější je radiace, až odfoukne všechen plyn, který jej živí. Zdá se tedy, že existuje přirozená horní hranice toho, kam až může narůst. V raném vesmíru by tedy neměly existovat kvazary – neměly by dost času na to, aby postavily velkou černou díry, která by je mohla pohánět. Nyní však vědci zjistili, že existovaly už jen miliardu let po velkém třesku. Další nejasnost, kterou astronomové musejí vyřešit.
Autor: Šárka Speváková