Tajemství černých děr: 15 podivuhodných a málo uvěřitelných faktů (3)

11. Černé díry mají problém s informacemi

Černé díry jsou plné paradoxů, s nimiž si zatím vědci nedokážou poradit 

Ať už černá díra pohltí cokoliv, zdá se, že uchová jen informaci o celkové hmotnosti, elektrickém náboji a momentu hybnosti. Pokud se však černé díry vypařují Hawkingovým zářením, vyvstává před námi problém. Zmíněné záření by totiž nemělo nést žádnou informaci navíc o hmotě, která utváří černou díru, což by znamenalo, že se informace v černých dírách ztrácejí. A s tím se kvantová mechanika nemůže jen tak smířit. Jedná se o tzv. informační paradox černých děr, a jako by to nestačilo, nedávno zmutoval do paradoxu ohnivé zdi: fotony Hawkingova záření opouštějící černou díru vytvářejí na horizontu událostí přízračnou stěnu energie, která sežehne všechno, co k ní dorazí. S tím se ovšem zase nemůže vyrovnat obecná relativita.

Paradox ohnivé zdi představuje momentálně doslova horké téma astrofyzikálních debat. Světové kapacity navrhují rozmanitá řešení, jedno exotičtější než druhé: například ledové zdi, obrácené plynutí času, fuzzbally, zdi chaosu či Planckovy hvězdy. Žádné z nich se však zatím nedočkalo všeobecného přijetí.

12. Kolem černých děr obíhají akreční disky

Akreční disky často doprovázejí polární výtrysky hmoty, jež směřují velkou rychlostí podél rotační osy tělesa

Přinejmenším kolem některých. Krouží-li kolem protohvězd, neutronových hvězd nebo třeba černých děr rozptýlený materiál, tedy kosmický prach a plyn, vytváří strukturu akrečního disku. Gravitace tělesa způsobuje, že k němu materiál disku ve spirálách klesá, přičemž se stlačuje, zahřívá a vydává elektromagnetické záření. Rozsah jeho frekvence pak závisí na hmotnosti centrálního tělesa: u protohvězd se jedná o infračervené záření, u neutronových hvězd a černých děr o rentgenové.

Akreční disky často doprovázejí polární výtrysky hmoty, které směřují velikou rychlostí podél rotační osy tělesa. Zatím nevíme přesně, jak vznikají, nepochybně to však souvisí s dynamikou materiálu v disku. V případě černých děr jsou tyto výtrysky nejrychlejší a nejaktivnější: řítí se do vesmíru relativistickou rychlostí, blízkou rychlosti světla. A právě díky akrečním diskům víme o černých dírách hvězdných velikostí, k nimž patří i první známý kandidát na černou díru – rentgenový zdroj Cygnus X-1 v souhvězdí Labutě, vzdálený asi 6 100 světelných let. Hmotou se blíží 15 sluncím, a jde-li skutečně o černou díru, má její horizont událostí poloměr kolem 44 km.  

13. Rekordní černé díry mají hmotu miliard sluncí

V centru galaxie APM 08279+5255 ze souhvězdí Rysa spočívá supermasivní černá díra o hmotnosti 23 miliard sluncí

Hmota největších známých černých děr odpovídá stovkám tisíc, milionům až miliardám sluncí. Taková supermasivní monstra sedí v centrech téměř všech velkých galaxií, Mléčnou dráhu nevyjímaje. Supermasivní černé díry se od svých menších kolegyň v některých ohledech liší. Mají nižší hustotu, někdy dokonce nižší než voda, a slapové síly v blízkosti jejich horizontu událostí jsou paradoxně mnohem slabší: kdyby někdo padal do supermasivní černé díry, pocítil by jejich smrtící stisk až hluboko uvnitř.

Mezi největší známé supermasivní černé díry patří ta v centru obří eliptické galaxie APM 08279+5255 ze souhvězdí Rysa: dosahuje hmotnosti 23 miliard sluncí a dělí ji od nás 12 miliard světelných let. Celá extrémně zářivá galaxie kypí horečnatou aktivitou a černá díra na tom má významný podíl. Její kolegyně v galaxii NGC 4889 ze souhvězdí Vlasy Bereniky je vzdálená 300 milionů světelných let a její hmota odpovídá asi 21 miliardám sluncí, i když se odhady různí od 6 do 37 miliard. Pozoruhodnou supermasivní černou díru bychom našli také v galaxii OJ 287 ze souhvězdí Raka ve vzdálenosti 3,5 miliardy světelných let. Její hmota odpovídá asi 18 miliardám sluncí a navíc ji zřejmě v těsné blízkosti obíhá menší „sestra“ o hmotnosti 100 milionů sluncí.

14. Obří černé díry pohánějí aktivní galaktická jádra a kvazary 

Na některých vlnových délkách září aktivní jádra galaxií jako celá Mléčná dráha dohromady

Aktivní galaktická jádra jsou poháněna supermasivními černými dírami ve svém středu. Záření jádra pak odpovídá záření hmoty monumentálních akrečních disků, jež někdy doprovázejí relativistické polární výtrysky. Ve skutečnosti představují aktivní galaktická jádra nejzářivější zdroje stálého elektromagnetického záření ve vesmíru.

Aktivní galaktická jádra mohou být rádiově klidná, jako například v tzv. Seyfertových galaxiích, které tvoří asi 10 % všech hvězdných ostrovů a ve viditelném světle obvykle vypadají jako běžná spirální galaxie. Jejich pravá podstata vynikne až na jiných vlnových délkách, kde jejich jádra září jako celá Mléčná dráha dohromady. Naopak velmi rádiově hlučné jsou rádiové galaxie, kvazary a blazary. Obvykle jde o velké eliptické galaxie, z jejichž aktivních jader proudí relativistické výtrysky hmoty a při průniku do okolního materiálu vyzařují rádiové vlny. Kvazary jsou extrémně zářivá galaktická jádra z dávného vesmíru, jež září víc než desítky běžných galaxií. Nesmírně energetické blazary zase představují aktivní galaktická jádra, jejichž relativistické výtrysky hmoty směřují přímo k nám. 

15. Supermasivní černou díru má i Mléčná dráha

Pohyby hvězd v těsné blízkosti Sagittaria A* ukazují, že má tato černá díra hmotnost asi 4,1 milionu sluncí

Mléčná dráha sice není aktivní galaxií, přesto v jejím středu – z našeho pohledu v souhvězdí Střelce, ve vzdálenosti 26 tisíc světelných let – sedí velmi jasný a zároveň nevelký rádiový zdroj Sagittarius A*. Podle všeho se jedná o naši „domácí“ supermasivní černou díru. Pohyby hvězd v její těsné blízkosti ukazují, že má hmotnost asi 4,1 milionu sluncí, samozřejmě ji však nepozorujeme přímo, a navíc se skrývá hluboko v kosmickém prachu a plynu. Rádiové a infračervené záření ze Sagittaria A* ovšem koresponduje s materiálem akrečního disku, který padá do chřtánu supermasivní černé díry.

TIP: Kam vedou černé díry? Existuje propojení mezi černou a bílou dírou?

Podle nejnovějších výpočtů má zmíněný zdroj menší poloměr než šest světelných hodin, což přibližně odpovídá dráze Uranu ve Sluneční soustavě. V obecně přijímaných teoriích nenajdeme ve vesmíru jiné těleso, které by mohlo mít hmotu 4,1 milionu sluncí v tak malém objemu, než právě černou díru. Sagittarius A* ovšem není žádná žravá godzilla a my máme štěstí, že se nacházíme tak blízko, jinak bychom jeho aktivitu nemuseli ani zaznamenat. Nedávné ostře sledované přiblížení oblaku plynu G2 slibující spektakulární ohňostroj přesto pozemské pozorovatele značně zklamalo.