39. Černé díry

Kvazičástice  Blýskání  Dalekohledy

Černé díry byly po mnoho desetiletí tajemnými objekty, které se staly vděčným námětem scifi literatury. Podivné jevy, které jsou nad naše chápání, je doprovázely na každém kroku. A dnes? Černé díry si za poslední dvě desetiletí razantně vybudovaly své postavení mezi běžnými astronomickými objekty. Poznali jsme černé díry hvězdných rozměrů stejně tak jako černé díry o hmotnosti celé galaxie.

Často se zdá, že myšlenka existence černých děr je nová. Opak je ale pravdou. Historicky první úvahy o možné existenci objektů, ze kterých nemůže uniknout ani světlo, pochází od anglického filosofa Johna Michella už z roku 1783. Francouzský matematik, fyzik, astronom a politik Pierre Simon Laplace v roce 1798 odvodil na základě představ Newtonovy mechaniky rozměry tohoto hypotetického tělesa. V roce 1916 vypočetl německý fyzik Karl Schwarzschild stejný vztah na základě Einsteinovy obecné relativity. Od té doby hovoříme o tzv. Schwarzschildově poloměru. Zaujme-li těleso menší rozměry, než je Schwarzschildův poloměr, nemůže ho už opustit žádné jiné těleso, dokonce ani fotony – částice světla. V přírodě se tak stane vždy, když gravitační síly převládnou nad ostatními silami a přivodí nekontrolovatelné hroucení objektu. Pojmenování „černá díra“ pochází od Johna Archibalda Wheelera a je až z roku 1967.

Pokud si představujete černou díru jako mrtvý objekt, kolem kterého se už nic neděje, jste na omylu. V okolí obíhající látka vytvoří kolem díry plazmový prstenec, kterému říkáme akreční disk. Z něho rozžhavená látka po spirálách padá do černé díry. Jednotlivé vrstvy se o sebe třou, zahřívají se a intenzivně září, často až v rentgenovém oboru. Část látky skutečně spadne do černé díry. Menší část je ale zachycena magnetickým polem v okolí. Toto pole částice vytlačuje ve směru rotační osy černé díry a vyvrhuje je s vysokými rychlostmi do dvou protilehlých směrů. Vznikají dva výtrysky urychlených částic, které září ve všech oborech spektra. Výtrysky interagují s okolním prostředím a na jejich koncích vznikají typické radiové skvrny, kterým říkáme radiové laloky. Akreční disk a výtrysky pozorujeme jak u černých děr, které jsou pozůstatkem bývalých hvězd, tak u obřích černých děr, které sídlí v centrech galaxií.

Černá díra mohla také vzniknout z dvojhvězdy. Jedna složka se stala černou dírou a druhá kolem ní nadále krouží. Kolem velmi hmotných černých děr v jádrech galaxií krouží často i celé hvězdokupy. A to je pro nás jen dobře. Z jejich pohybu můžeme určit vlastnosti černé díry v jejich středu.

První černou díru Cygnus X1 objevil jako atypický rentgenový zdroj anglický astronom Paul Murdin v roce 1971. Její hmotnost je osminásobkem hmotnosti našeho Slunce a nachází se v souhvězdí Labutě ve vzdálenosti 6 000 světelných roků. První obří černá díra ve středu celé galaxie byla nalezena Hubbleovým dalekohledem v roce 1992. Šlo o galaxii v souhvězdí Panny s katalogovým označením NGC 4261. Vzdálená je od nás 100 milionů světelných roků, její hmotnost je 1 000 miliard hmotností Slunce a jen akreční disk této veledíry má hmotnost jako 100 000 Sluncí. Dnes si myslíme, že obdobné velmi hmotné černé díry sídlí v centrech všech větších galaxií.

Původ galaktických černých děr je ale nejasný a vedou se o něm mnohé učené diskuze. Pokud je v okolí galaktické černé díry dostatek materiálu, centrální černá díra ho doslova požírá a její akreční disk a výtrysky intenzivně září. Hovoříme o aktivním galaktickém jádře. Černá díra sídlící v něm je jakýmsi motorem celé galaxie. Nám, jako vnějším pozorovatelům se naskytne jiný pohled, pokud se díváme na objekt z roviny akrečního disku, ze směru výtrysku nebo pod šikmým úhlem. Z toho důvodu vzniklo pro tyto objekty několik názvů: kvazary, blazary nebo Seyfertovy galaxie. Ve všech případech jde o galaxii s obří černou dírou v centru, na kterou se díváme z různých úhlů pohledu.

I naše galaxie má ve svém středu obří černou díru. Nachází se ve směru souhvězdí Střelce ve vzdálenosti 26 000 ly od nás. Její hmotnost je rovna 4 milionům hmotností Slunce. Jako radiový zdroj ji detekoval Karl Janský už v roce 1933. Kolem naší centrální černé díry obíhá celá hvězdokupa a z jejího pohybu je možné určovat nepřímo vlastnosti tohoto motoru naší Galaxie. Průměr centrální veledíry je 12 milionů kilometrů, což je 8 procent vzdálenosti Země od Slunce. Obřími radioteleskopickými sítěmi je dnes možné dohlédnout až na čtyřnásobek Schwarzschildova poloměru. V roce 2012 bude dokončena v Atacamské poušti v Chile stavba zatím největší radioteleskopické sítě světa. Nazývá se ALMA a bude ji tvořit 66 radioteleskopů o průměru 12 metrů. Na stavbě se podílí i Česká republika. A právě tato síť dohlédne do bezprostřední blízkosti černé veledíry v centru naší Galaxie. Máme se na co těšit. K naší díře se totiž blíží obří oblak plazmatu, který do ní začne padat v příštím roce. A díky radioteleskopické síti ALMA bude lidstvo na tuto mimořádnou podívanou dokonale připraveno.

Archiv Českého rozhlasu