Největší objekt naší noční oblohy - zdaleka! - je pro nás neviditelný. Předmětem je superhmotná černá díra (SMBH) ve středu naší Mléčné dráhy, zvaná Střelec A. Ale brzy můžeme mít představu o horizontu událostí Střelce A. A tento obraz může představovat výzvu pro Einsteinovu teorii obecné relativity.
Nikdo nikdy neviděl horizont události černé díry. Intenzivní gravitační tah zabraňuje úniku všeho, dokonce i světla. Horizont událostí je bodem návratu. Bez ohledu na to, žádné světlo a žádné informace nemohou uniknout. Ale můžeme být blízko k získání obrazu horizontu události Střelce A, díky Event Horizon Telescope (EHT).
EHT je mezinárodní spolupráce určená k prozkoumání bezprostředního okolí černé díry. Nejedná se o jeden dalekohled, ale spíše o propojený systém rádiových dalekohledů po celém světě, kteří pracují společně pomocí interferometrie. Měřením elektromagnetické energie z oblasti obklopující černou díru více rádiovými anténami na více místech lze odvodit některé vlastnosti zdroje.
Vědci s EHT doufají, že jejich pozorování nakonec poskytne obraz intenzivních gravitačních efektů, které očekáváme v blízkosti černé díry. Také doufají, že detekují určitou dynamiku při práci v blízkosti díry, protože oběžná hmota v akrečním disku dosáhne relativistické rychlosti.
Projekt EHT shromáždil údaje o Střelci A a jedné další černé díře zvané M87 ve středu galaxie Panna A během čtyřletého období. Tyto čtyři roky skončily v dubnu 2017, ale tým 200 vědců a techniků data stále analyzuje. Mezitím tým zveřejnil obrázky počítačového modelu toho, co doufají.
Obrázek nemusí vypadat jako moc, ale je to významné. Je to ekvivalent čtení novinový titulek na Měsíci, když stojíte na Zemi. Obrázek nám může pomoci odpovědět na některé matoucí otázky týkající se černých děr:
- Jakou roli hrály černé díry při formování galaxií?
- Jak vypadá světlo a hmota, když padají k černé díře?
- Jaké jsou proudy energie střílející z černých děr?
Existuje také šance, že obraz, který EHT vytvoří ve Střelci A, bude znamenat, že Einsteinova teorie obecné relativity bude muset být aktualizována. (I když je obvykle špatný nápad vsadit se proti Einsteinovi.)
Černé díry a horizont událostí
Černé díry jsou v podstatě hvězdnou mrtvolou. Když velmi masivní hvězda spálí celé své palivo, zhroutí se do extrémně hustého bodu nebo singularity. Černá díra má neuvěřitelně silný gravitační tah, který k ní přitahuje plyn a prach. Jednou za 10 000 let Střelec A dokonce spotřebovává hvězdu.
Horizont událostí je jako skořápka kolem černé díry. Jakmile jakákoli záležitost - nebo dokonce světlo - dosáhne horizontu události, je konec hry. Černá díra se zvětší, zatímco spotřebovává hmotu, a horizont událostí se také rozšiřuje.
Střelec A, náš vlastní superhmotný černý otvor (SMBH), je obrovský. Má hmotnost 4 miliónkrát větší než Slunce. Ale i tak to není tak velké ve srovnání s jinými SMBH. Další projekt SMBH v projektu EHT je mnohem větší a jeho hmotnost je 7 miliardkrát větší než u Slunce.
EHT vytvoří obraz horizontu události studováním oblasti kolem černé díry. S materiálem se něco stane, když spadne do černé díry. Tvoří akreční disk vířícího plynu a prachu, který je v zásadě v udržovacím vzoru, dokud se nevsaje do díry. Tento materiál zrychluje na relativistické rychlosti, což znamená, že se blíží rychlosti světla. Když k tomu dojde, materiál je přehřátý a vydává energii.
Ale černá díra je tak silná gravitační, že ohýbá toto světlo ve jevu zvaném gravitační čočka. Tento objektiv vytváří tmavou oblast, která se nazývá stín černé díry. Podle teorie by horizont událostí měl být asi 2,5krát větší než stín. Jakmile vědci získají představu o stínu, znají velikost horizontu události. Velikost horizontu události je úměrná hmotnosti černé díry. Takže v případě Střelce A by měl být průměr asi 24 milionů km (15 milionů mil).
Nebudou tedy žádné obrázky samotné černé díry, ale budou existovat obrázky stínů, které černá díra vrhá. Vědecky je to velký skok v našem chápání černých děr. A v případě pochybností o existenci černých děr, obraz stínu poskytne spolehlivý důkaz, že černé díry jsou skutečně venku.
EHT a trysky
Navzdory obrovské velikosti Střelce A je na obloze malý. Je příliš malý na to, aby jej viděl jediný dalekohled. Proto byl implementován EHT. Kombinuje 7 samostatných radioteleskopů po celém světě do jednoho velkého virtuálního dalekohledu pomocí techniky zvané velmi dlouhá základní linie (VLBI), což jsou astronomové nadšení. Virtuální dalekohled má mnohem větší rozlišovací schopnost než jediný rozsah a umožnil astronomům studovat oblast poblíž Sgr. A.
Během jednoho týdne v dubnu roku 2017 tým EHT namířil všech sedm svých rozsahů na Sgr A a sedm atomových hodin zaznamenalo načasování příchodu signálů na každý dalekohled. Studiem a kombinací signálů mohou vědci vytvořit obrázek Sgr A. Jedná se o časově náročný proces, který probíhá.
Energetické trysky proudící z okolí černé díry jsou pro výzkumníky zvláště zajímavé. Věc, která se krouží v akrečním disku černé díry, se zahřívá až na miliardy stupňů. Něco z toho vstupuje do černé díry, ale ne všechno.
Energetické trysky jsou částí, která uniká akrečnímu disku. Po desítky tisíc světelných let cestují téměř rychlostí světla. Vědci o nich chtějí vědět více.
Pokud jde o Sgr. A, nevíme, jestli existují trysky. V posledních několika desetiletích to nebylo moc aktivní, takže nemusí existovat žádné trysky. Ale pokud tam jsou, EHT tam zachytí rádiové signály. Pak můžeme získat odpovědi na některé základní otázky týkající se trysek:
- Jak začínají?
- Jak zrychlují na relativistické rychlosti?
- Jak zůstávají pevně zaměřeni?
- Z čeho přesně jsou vyrobeny?
Je Einsteinova teorie obecné relativity v nesnázích?
Asi ne. Ale je tu šance.
Většina naší sluneční soustavy je docela prozaické, pracovní místo. A odtud pochází většina našich pozorovacích důkazů podporujících obecnou relativitu. Oblast kolem černé díry však není normální sousedství.
Podmínky jsou extrémní. Intenzivní gravitace, přehřáté trysky materiálu pohybující se téměř rychlostí světla a horizontem události. Ale pokud jde o obecnou relativitu, jde hlavně o gravitaci a světlo.
Obecná relativita předpovídá, že gravitace černé díry zakřiví prostorový čas a přitáhne k němu vše, včetně světla. Údaje shromážděné společností EHT poskytnou měření tohoto jevu, které lze porovnat s Einsteinovými předpovědi. Pokud se data shodují s předpovědi, vyhraje Einstein znovu.
Obecná relativita vytváří další predikci: stín stínovaný akrečním diskem musí být kruhový. Pokud to není kruhové a je to spíše vejčité, potom vzorce v obecné relativitě nejsou úplně přesné.
John Wardle je astronom, který studuje černé díry po celá desetiletí, v době, kdy byly stále jen teoretickým konstruktem. Je silně zapojen do projektu EHT. Wardle si myslí, že General Relativity obstojí v tomto testu a že Einstein znovu vyhraje. Pokud však General Relativity tento test neuspěje, ocitneme se ve velmi obtížné a podivné situaci.
"Pak budeme v těžké rovné bundě, protože nemůžete provést změny, které by zkazily všechny ostatní kousky, které fungují," řekl Wardle. "To by bylo velmi vzrušující."
- Brandeis University Press Press: „Jak vypadá černá díra?“
- Teleskop událostí Horizon
- Wikipedia Entry: Interferometry
- Wikipedia Entry: Horizon události
