10 ohromujících vědeckých faktů o černých dírách

Černé díry jsou jedinými objekty v celém vesmíru, které dokáží polapit světlo pouhou gravitační silou. Vědci věří, že jsou formovány gravitačním kolapsem hvězd masivních rozměrů, které se neudrží v hydrostatické rovnováze a stanou se natolik hustými, že pokřiví strukturu času a prostoru.

Jakákoli hmota, která vstoupí do jejich horizontu událostí, plochy obklopující černou díru, je vtažena do víru s neznámým osudem. Navzdory desetiletím výzkumů je tento kosmologický fenomén stále velkou neznámou a zde je 10 důvodů proč:

1. Černé díry nesají

Spousta lidí si myslí, že černé díry jsou něco jako vesmírné vysavače, které nasávají prostor okolo nich, nicméně se jedná o „běžný“ vesmírný objekt vybavený extrémně silným gravitačním polem.

Pokud bychom tedy nahradili Slunce černou dírou stejné velikosti, Země by nebyla vtažena dovnitř, ale pokračovala by v pohybu po oběžné dráze jako doposud.

A stellar-mass black hole in orbit with a companion star located about 6,000 light years from Earth.

Černé díry sice vypadají, jakoby nasávaly všechny blízké objekty, ale jedná se o omyl. Některé okolní hvězdy totiž ztrácejí podstatnou část své hmotnosti ve formě hvězdného větru a hmota, kterou tento vítr nese, padá do úst jejich hladového souseda – černé díry.

2. Einstein černé díry neobjevil

Karl Schwarzschild byl prvním, kdo aplikoval Einsteinovu obecnou teorii relativity k určení bodu, ve kterém se gravitační působení stává zhoubným.  Einstein nebyl objevitelem existence černých děr navzdory tomu, že jeho teorie jejich existenci naznačují.

Karl Schwarzschild díky Einsteinovým teoriím logicky prokázal, že se černé díry opravdu mohou formovat a dokázal to v roce 1915, což je rok publikace Einsteinovy teorie. Z jeho práce také vznikl termín Schwarzschildův poloměr, který udává, do jaké velikosti bychom museli objekt stlačit, abychom stvořili černou díru.

Ještě dlouho před tím britský vědec a filozof John Michell předpověděl existenci jistých „temných hvězd“ tak masivních a tak stlačených, že by vytvořily natolik obrovskou gravitační sílu, že by mohly pojmout i samotné světlo.

Mimochodem, černé díry svůj název získaly až v roce 1967.

3. Černé díry “natáhnou” vše okolo

Černé díry mají neuvěřitelnou schopnost – doslova Vás natáhnou jako špagetu. Způsob, jakým jsou toho schopny, souvisí s vztahem mezi gravitací a vzdáleností.

V tuto chvíli jsou Vaše nohy blíže ke středu země, takže na ně působí větší síla, než na Vaši hlavu. V extrémních gravitačních podmínkách, řekněme v blízkosti černé díry, začne tento jev pracovat proti Vám.

behemoth_blackhole

Vaše nohy jsou natahovány gravitační silou a tím se dostávají blíže k centru černé díry, kde je gravitace čím dál tím silnější, takže se Vaše nohy pohybují s každým centimetrem o něco rychleji, zatímco Vaše hlava je od centra mnohem dál, proto se nepohybuje tak rychle a z Vás se postupně stává dlouhá lidská špageta.

4. Černé díry by mohly vytvářet další vesmíry

Jelikož s jistotou nevíme, jestli jiné vesmíry existují, možnost, že by černé díry plodily další vesmíry, může znít opravdu šíleně, nicméně tato teorie je v dnešní době předmětem velmi aktivního výzkumu.

Podívejme se na vesmír, který známe, a uvědomme si extrémně výhodné podmínky, díky jejichž spojení vznikl život – kdyby se sešly trošku jinak, nebyli bychom tu.

Singularita v centrech černých děr se naprosto vymyká standartním fyzikálním zákonům a teoreticky by mohla nám známé podmínky změnit, a tak vytvořit nový, lehce odlišný vesmír.

5. Černé díry doslova vtahují prostor okolo

Představme si vesmír jako velkou houbu potaženou čtvercovou sítí. Když na tuto houbu položíte objekt, klesne v závislosti na své hmotnosti – čím větší objekt na ni položíme, tím hlouběji klesne. Tento efekt zároveň deformuje linie mřížky, takže již nejsou rovné, ale zakřivené.

gravwave

Čím větší prohlubeň uděláte, tím větší prostor se natáhne a zakřiví a těmi největšími prohlubněmi jsou právě černé díry – vytvoří tak hlubokou díru, že neexistuje nic, co by mělo dostatek energie na cestu ven, a to ani světlo.

6. Černé díry jsou nejproduktivnějším zdrojem energie

Černé díry produkují energii mnohem efektivněji než Slunce. Hmota, která je obklopuje, se v okolí horizontu událostí pochybuje (rotuje) mnohem rychleji než u vnějšího okraje, protože gravitace je v blízkosti horizontu událostí značně silnější.

Vzhledem k rychlosti oběhu hmoty její teplota začne stoupat na milióny stupňů Celsia, což ji přemění na energii. Pro srovnání, při jaderné fúzi se 0,7% hmoty přemění v energii, zatímco v okolí černé díry je to 10% – což je pořádný rozdíl!

Vědci dokonce zamýšlejí, že by tento druh energie v budoucnosti využili k napájení vesmírných lodí.

7. Ve středu naší Galaxie se nachází obrovská černá díra

Vědci věří, že ve středu téměř každé galaxie, včetně té naší, se nachází černá díra, která tyto galaxie navzájem propojuje a drží pohromadě.

sgr_lg_2

Sagittarius A, černá díra, která se nachází ve středu Mléčné dráhy, je 4 000 000x větší než naše Slunce. Momentálně je neaktivní a i přesto, že je vzdálená 30 000 světelných let, vědci věří, že před 2 mil. let došlo k její explozi, která byla viditelná z planety Země.

8. Černé díry zpomalují čas

Abychom pochopili jak, musíme se nejprve vrátit Einsteinově obecné teorii relativity, konkrétně k experimentu, který je nazýván paradox dvojčat, abychom pochopili souvislost mezi časem a prostorem:

První z dvojčat zůstává na zemi, zatímco to druhé vycestuje do vesmíru rychlostí světla, otočí se a letí zase nazpátek. Dvojče, které bylo ve vesmíru, se vrátí viditelně mladší, protože čím rychleji se pohybujeme, tím pomaleji pro nás plyne čas.

Pokud bychom se dostali do horizontu událostí, kvůli extrémně silné gravitaci bychom se pohybovali tak velkou rychlostí, že by došlo ke zpomalení času.

9. Černé díry se po nějaké době začnou vypařovat

Základy tohoto překvapivého objevu položil Stephen Hawking již v roce 1974, a je tedy označován jako Hawkingovo záření.

hubble_survey_black_holes_05282015

Hawkingovo záření rozptyluje hmotu černé díry do vesmíru, dokud nic nezbyde a nezanikne tak i sama černá díra – tento jev se také nazývá vypařování černých děr.

10. Teoreticky se cokoli může stát černou dírou

Jediný rozdíl mezi černou dírou a naším Sluncem spočívá v tom, že centrum černé díry je tvořeno hmotou s extrémně vysokou hustotou, což je příčinou tak silného gravitačního pole, které dokáže pohltit vše, včetně světla, a proto jsou pro nás neviditelné.

Teoreticky bychom mohli v černou díru proměnit cokoli. Pokud bychom scvrkli Slunce tak, že by jeho průměr byl 6 kilometrů, stlačili bychom ohromné množství hmoty do opravdu malého prostoru, takže by se zvýšila hustota Slunce natolik, že by vznikla černá díra. To stejné platí i pro Zemi a dokonce i pro člověka.

Reálně ale známe pouze jeden způsob vzniku černé díry: gravitační kolaps extrémně masivních hvězd, které jsou 20 – 30x větší než Slunce.

Zdroj1Zdroj2

Komentáře