Vedecká udalosť roka? Fotografia čiernej diery

V r. 2019 nám astrofyzika priniesla veľkolepé prekvapenie, ktoré bolo donedávna pokladané za nemožné: fotografie čiernej diery. Predchádzalo mu niekoľko veľkých objavov v predchádzajúcich rokoch, napríklad objav gravitačných vĺn po zrážke dvoch čiernych dier alebo po zrážke neutrónových hviezd v roku 2015.

Astrofyzika sa stala najdynamickejším fyzikálnym odborom.

Prvé zábery čiernej diery boli zverejnené 10. apríla 2019 v The Astrophysical Journal Letters, 875, No1. v šiestich článkoch a v ten istý deň prezentované na konferencii, ktorá prebiehala naraz na šiestich miestach sveta.

Na medzinárodnom projekte Event Horizon Telescope (Teleskop horizontu udalostí) pracovalo vyše 200 autorov z celého sveta, astronómi, fyzici, matematici a inžinieri. Projekt navrhol prof. Heino Falcke z Radboud University v Holandsku. Teleskopy boli umiestnené na južnom póle, v Čile v púšti Atacama, na Havajských ostrovoch, v Mexiku, v Arizone v USA a v Európe. Pozorovali rovnaký cieľ v rovnakom čase naraz, takže fungovali ako jeden veľký teleskop. Ich komunikácia bola veľmi náročná.

Fotografovaná čierna diera v strede galaxie Messier 87 sa nachádza v súhvezdí Panny a má hmotnosť ako 6,5 miliardy našich sĺnk. Je väčšia ako celá naša slnečná sústava, jedna z najťažších možných čiernych dier.

Od Zeme je vzdialená 55 miliónov svetelných rokov. Jasný kruh na snímke predstavuje žiarenie plynu v okolí tzv. horizontu udalostí, svetlo je tu ohnuté extrémne silným gravitačným poľom čiernej diery.

Tmavý stred predstavuje oblasť za horizontom udalostí, z ktorej už nič neunikne. Veľké čierne diery sa nachádzajú v strede galaxií, regulujú množstvo hmoty v galaxii, bývajú obklopené pomaly rotujúcim diskom veľmi horúcej a žiariacej hmoty. Okrem veľkej čiernej diery v strede galaxie existujú v nej tisíce malých.

Fotografie sa prekvapujúco zhodovali s predchádzajúcimi zobrazeniami získanými počítačovými simuláciami. Na výskume sa podieľal aj Norbert Werner, slovenský astrofyzik zo Standfordskej univerzity v Kalifornii.

Veľké čierne diery sa nachádzajú v strede galaxií, regulujú množstvo hmoty v galaxii, bývajú obklopené pomaly rotujúcim diskom veľmi horúcej a žiariacej hmoty. Zdieľať

Čierne diery boli predpovedané Einsteinovou teóriou všeobecnej relativity z roku 1915. Ide o konečné štádium života veľmi masívnej hviezdy v dôsledku gravitačného kolapsu hviezdy: Hviezdy, ktoré vyčerpali palivo, vybuchnú a po uvoľnení ľahkých častíc sa zrútia vlastným gravitačným poľom do malého objemu, buď do neutrónovej hviezdy, alebo, ak sú masívnejšie, do čiernej diery.

Gravitačný kolaps opísali R. Oppenheimer a H. Snyder už v r. 1939 a  predpovedali neutrónové hviezdy. Názov „čierna diera“ pochádza od Johna A. Wheelera, ktorý bol spočiatku odporcom teórie.

Pokrokom v skúmaní gravitačného kolapsu menej masívnych hviezd bolo pozorovanie neutrónových hviezd v r. 1967, čo potvrdilo predpoveď z r.1939. Objav gravitačných vĺn z r. 2015 ako energie uvoľnenej po „zrážke“ dvoch čiernych dier bol nezvratným dôkazom ich existencie.

Silné gravitačné pole čiernej diery pohlcuje nielen všetku hmotu, ale aj svetlo, fotóny, ktoré prekročia kritickú medzu, horizont udalostí v určitej vzdialenosti od čiernej diery, ktorý predpovedal Schwarzschild už v r. 1916.

Zásadným pokrokom v teórii čiernych dier boli prvé kroky k zjednoteniu kvantovej fyziky a teórie relativity, ktoré urobil Steven Hawking. Toto zjednotenie bolo a stále zostáva veľkou métou fyziky.

Najväčším Hawkingovým objavom bolo vyžarovanie fotónov čiernymi dierami, tzv. Hawkingovo žiarenie. Singularita o nekonečne veľkej hustote energie v bodovom „objeme“, ktorá vyplývala z Einsteinovej klasickej teórie relativity, podľa Hawkingovej teórie v takom malom objeme nemôže existovať, pretože v  malých objemoch platia zákony kvantovej fyziky a klasická singularita je rozšírená kvantovými fluktuáciami.

Hawkingove práce znamenali začiatok kvantovej kozmológie, ktorá je ešte stále hudbou budúcnosti.