Fyzici v současnosti zažívají zlatý věk nových poznatků o černých dírách. Od roku 2015 jsou vědci schopni přijímat signály přímo z černých děr pomocí observatoř gravitačních vln s laserovým interferometrem (ODKAZ), zatímco observatoře jako např dalekohled Horizont událostí (EHT), získejte první obrázky stíny černé díry. Letošní rok nebyl výjimkou, s čerstvou úrodou vzrušujících a jedinečných výsledků rozšiřujících obzory našich znalostí o černých dírách. Zde se podíváme na některé z nejpůsobivějších objevů roku 2020.
Jako by chtěl potvrdit, že rok 2020 byl rokem výzkumu černých děr, hlavním úspěchem vědy je Nobelova cena - byla v říjnu udělena třem fyzikům, jejichž práce osvětlují život těchto tajemných vesmírných objektů.
Roger Penrose z Oxfordské univerzity ve Velké Británii získal polovinu ceny „za objev, že tvorba černých děr je robustní předpověď obecné teorie relativity“, zatímco Andrea Guez z Kalifornské univerzity v Los Angeles a Reinhard Hansel z Bonnské univerzity a Institut pro fyziku mimozemšťanů Max Planck v Německu se podělili o druhou polovinu „za objev supermasivního kompaktního objektu v centru naší galaxie,“ uvedla v prohlášení Královská švédská akademie věd. Andrea Guezová je teprve čtvrtou ženou, která získala Nobelovu cenu za fyziku, po Marii Curie v roce 1903, Marii Heppert-Mayerové v roce 1963 a Donně Stricklandové v roce 2018.
ODKAZ a její evropský protějšek Panna pozorovat černé díry prostřednictvím gravitačních vln ve struktuře časoprostoru, které se tvoří, když masivní objekty oscilují.
V zařízeních již bylo učiněno několik působivých objevů. V květnu ale spolupráce oznámila, že objevila největší srážku s černou dírou v historii. Jedna z nich je 85krát větší než hmotnost Slunce a druhá 66krát větší než hmotnost Slunce.Když se srazí dohromady, vytvoří černou díru, jejíž hmotnost převyšuje hmotnost Slunce o 142krát. Kromě stanovení rekordů byl nález prvním v takzvané „zakázané“ zóně středně hmotných černých děr. Přestože astronomové viděli malé černé díry o velikosti našeho Slunce a vědí, že v centrech galaxií existují kolosální díry o hmotnosti miliónu Slunce, nikdo předtím nenašel důkazy o černých dírách v tomto středním pásmu. Jak přesně vznikly, zůstává záhadou, kterou se nyní vědci snaží vyřešit.
Krátce poté, co Velký třesk Vesmír byl prostoupen horkým a turbulentním zářením. V některých oblastech byla energie dostatečně hustá, aby se teoreticky zhroutila sama do sebe a vytvořila černou díru.
I když fyzici stále nevědí, zda existují prvotní černé díry (PCD), v poslední době přemýšleli o tom, co by se mohlo stát, kdyby existovali. Několik dokumentů, včetně jednoho publikovaného v listopadu, navrhlo, že tyto černé díry, z nichž některé budou menší než ty, které vznikly z umírající hvězdy, by mohly představovat temnou hmotu, neznámou látku, která má gravitační vliv na celý vesmír. V příštích letech probíhají experimenty na hledání PCD, které jejich existenci buď potvrdí, nebo vyvrátí.
Co kdybyste vzali neuvěřitelně masivní černé díry v centrech galaxií a zvětšili je faktorem 11? To je to, co vědci navrhli v zářijovém dokumentu pojednávajícím o možnosti „neuvěřitelně velkých černých děr“ (SLABs).
Tyto objekty budou vážit nejméně 1 bilionkrát větší než hmotnost Slunce, což je 10krát více než největší v současnosti známá černá díra, monstrum o hmotnosti 66 miliard Sluncí zvané TON 618. Některé z SLAB se mohly zformovat v raném vesmíru a vytvořily další třídu primordiálních černých děr, což znamená, že jsme mohli vidět jejich otisk v kosmickém mikrovlnném pozadí, když byl náš vesmír starý pouhých 380 000 let. Jiné by mohly být detekovány pohledem na to, jak ohýbají světlo vzdálených hvězd, pokud je mezi námi SLAB. Tento koncept stále zůstává hypotetický, ale přitahuje zvýšenou pozornost.
Většina párů černých děr detekovaných přístroji LIGO a Virgo má přibližně stejnou hmotnost. V dubnu ale spolupráce oznámila, že to sleduje nejvíce asymetrická katastrofa.
Objekty, které se srazily ve vzdálenosti asi 2,4 miliardy světelných let od nás, měly hmotnost asi 8krát a 30krát větší než naše Slunce. Taková neočekávaná událost byla považována za natolik vzácnou, že si ji gravitační vlnová zařízení po pouhých několika letech nevšimla. Objev tyto předpoklady zpochybňuje a nutí vědce, aby zvážili možnost hierarchického sloučení, při kterém se jedna černá díra srazí s druhou a výsledný zbytek se pak spojí s další černou dírou.
Když se masivní objekt přiblíží k černé díře na určitou vzdálenost, extrémní gravitační síly tam mohou roztrhat objekt na dlouhá vlákna materiálu, která se rozptýlí všude.
Tento proces, hovorově nazývaný špagetování, byl pozorován zřídka, protože většina černých děr je obklopena zakrytým oblakem plynu a prachu. V říjnu se ale astronomům z Evropské jižní observatoře podařilo snímek pořídit Špagetování hvězdy v bezprecedentních detailech pomocí dalekohledu Very Large Telescope a New Technology Telescope. Tato událost, známá jako AT 2019 qiz, umožní výzkumníkům nahlédnout do takových jevů a pomůže jim lépe porozumět gravitaci v extrémních podmínkách.
Nikdo se nechce dostat příliš blízko k černé díře. Naštěstí kosmický Pac-Man v květnu zahlédl obíhající dvojici doprovodných hvězd známých jako 6819 HR, je v astronomicky bezpečné vzdálenosti od svých partnerů.
Nová černá díra se skrývá 1000 světelných let od Země v jižním souhvězdí Telescopium, třikrát blíže než předchozí držitel rekordu. Astronomové nemohou přímo pozorovat samotnou černou díru, ale byli schopni odvodit její přítomnost na základě toho, jak gravitačně ovlivňuje dva další objekty v systému. Pozorovatelé na jižní polokouli mohou vidět hvězdy v systému HR 6819 pouhým okem při pohledu na hvězdnou mapu a při pohledu do souhvězdí Telescopium poblíž hranice se souhvězdím Pavo.
Aby se vytvořila černá díra, musí se hmota a energie zhroutit do malého bodu nekonečné hustoty. Protože by taková nekonečna měla být fyzicky nemožná, teoretici dlouho hledali způsob, jak takový podivný výsledek obejít.
Podle teorie strun, která nahrazuje všechny částice a síly subatomárními, vibrujícími strunami, se černé díry mohou ukázat jako něco ještě podivnějšího – spleť základních strun, jako fuzzy příze. V říjnu studie ukázala, že pokud atomy v neutronových hvězdách, což je typ hvězdného zbytku, který není dostatečně hustý na to, aby vytvořil černou díru, byly ve skutečnosti svazkem strun, pak by stlačením těchto strun dohromady nevznikla černá díra, ale načechraný klubíček — to by bylo podobné výše zmíněnému klubíčku příze. Podivný nápad ještě nebyl plně realizován, ale je to jedna z možných alternativ práce s nekonečnem.
Podle fyziků by každá černá díra měla být obklopena tzv horizont událostí - hranice, přes kterou se po pádu už nikdy nedostanete ven. Nicméně, protože černé díry byly poprvé postulovány, vědci si kladli otázku, zda je horizont událostí nezbytně nutný.
Může bez ní existovat černá díra, tzv "nahá" černá díra? To může být nebezpečné, protože v horizontu událostí černé díry jsou porušeny známé fyzikální zákony a nahá černá díra nemůže zajistit ochranu této bariéry. Zatímco většina teoretiků věří, že nahota je pro černé díry zakázána, listopadové noviny uvedly, že existuje způsob, jak to s jistotou vyzkoušet. Trik spočívá v hledání rozdílů v akrečních discích nebo prstencích plynu a prachu vytvořených zásobováním černé díry, což může naznačovat viditelný rozdíl mezi nahými a normálními černými dírami.
Vánoce přišly letos pro vědce s černými dírami brzy. V říjnu vydala komunita pozorovatelů LIGO a její evropský protějšek Virgo nový velký katalog desítky signálů gravitačních vln, objevené v období od dubna do září 2019.
Těchto 39 událostí zahrnovalo řadu zajímavých objevů, jako je masivní sloučení černých děr, které vyústilo ve zbytek o hmotnosti 142 Sluncí, extrémně jednostranná událost s množstvím objektů větších než Slunce a záhadný objekt, který se objevil. být buď malou černou dírou nebo velkou neutronovou hvězdou. Vědci byli nadšeni daty, která ukázala, že objekty dostávají v průměru jeden nový signál každých pět dní a plánují jej využít k lepšímu pochopení chování a frekvence spojování černých děr.
Přečtěte si také:
Napsat komentář