Vesmír je plný rozmanitých nebeských objektov, od planét a hviezd až po prach a plyn. Existujú však aj temné oblasti, ktoré nemôžeme vidieť, ako napríklad čierne diery. Vesmírny teleskop Jamesa Webba pomáha vedcom nahliadnuť do temnej stránky vesmíru.
Webb poskytol vedcom bezprecedentný pohľad vďaka svojmu výkonnému infračervenému videniu a mimoriadne vysokému priestorovému rozlíšeniu. Dokáže preniknúť cez závoj prachu obklopujúci jadro a odhaliť horúci plyn v blízkosti aktívnych čiernych dier, ako aj merať rýchlosť jasných výtokov.
Webb sa bude zaoberať niekoľkými kľúčovými otázkami, aby nám pomohol pochopiť príbeh formovania hviezd a planét. Aby sme mohli odhaliť zrod a včasný vývoj hviezd a planét, musíme byť schopní nahliadnuť do sŕdc hustých a prašných oblakov, kde začína formovanie hviezd. Tieto oblasti nemožno pozorovať vo viditeľnom svetle, pretože prach by ich urobil nepriehľadnými, a musia sa pozorovať v infračervených vlnových dĺžkach.
Život a smrť hviezd
Mnohé vlastnosti hviezd – ako dlho žijú, akú farbu majú a ako zomierajú – sú do značnej miery určené ich hmotnosťou. Čo sa však stane s hviezdami v posledných okamihoch ich života? Prečo niektoré z nich kolabujú a stávajú sa čiernymi dierami? Čo sa stane so Slnkom – stane sa čiernou dierou alebo možno neutrónovou hviezdou?
Naše Slnko môžeme pozorovať len v tomto konkrétnom čase jeho života, ale vedci môžu vidieť jeho minulosť a budúcnosť pohľadom na podobné hviezdy v skoršej alebo neskoršej fáze ich cyklu. Slnko by muselo byť približne 20-krát hmotnejšie, aby skončilo svoj život ako čierna diera. Niektoré menšie hviezdy sú dostatočne veľké na to, aby explodovali ako supernovy, ale príliš malé na to, aby sa stali čiernymi dierami. Po explózii supernovy sa zmenia na superhuté štruktúry nazývané neutrónové hviezdy.
Slnko však nie je dostatočne veľké ani na tento osud. Za približne 6 miliárd rokov skončí ako biely trpaslík – malý, hustý zvyšok hviezdy, ktorý žiari zo zvyškového tepla. Tento proces sa začne asi o 5 miliárd rokov, keď Slnko začne dochádzať palivo.
Veľké hviezdy fungujú trochu inak. Približne 75 percent hmotnosti hviezdy je pri supernove vyvrhnutých do vesmíru. Osud zvyškového jadra závisí od jeho hmotnosti:
- Ak má zvyškové jadro približne 1,4 až 5-násobok hmotnosti nášho Slnka, skolabuje na neutrónovú hviezdu
- Ak je jadro väčšie, skolabuje do čiernej diery
„Hviezda sa drží proti ťahu vlastnej gravitácie, ktorá sa ju snaží stlačiť,“ vysvetľujú vedci. „Vďaka jadrovým reakciám v jadre hviezdy vzniká tlak, ktorý ju udržiava. Ale nemôže spaľovať svoje palivo navždy, a keď ho minie, gravitácia opäť prevezme kontrolu. V prípade najhmotnejších hviezd žiadny známy fyzikálny proces nemôže zastaviť kolaps, takže gravitácia vyhráva. Jednoducho kolabuje a kolabuje a kolabuje, pokiaľ vieme, navždy.“
Fyzika čiernych dier
Výsledkom je nekonečne hustý bod, ktorý už nemôžeme ani nazývať hmotou. „Zostáva len gravitácia. Nepoznáme fyziku, keď sa tieto veci stanú takými hustými a takými maličkými. Nemusí to byť len tento nekonečne hustý bod, jednoducho to nevieme. Preto mu dávame meno singularita. Všetko, čo zostalo a čo môžete pozorovať vo vesmíre, je gravitácia – všetka hmota je v istom zmysle preč.“
Je to jedna z veľkých otázok fyziky a dochádza k veľmi zvláštnym javom. Napríklad môžeme vypočítať obvod čiernej diery (obísť horizontu udalostí), ale ak sa opýtame, aká je vzdialenosť od horizontu udalostí k stredu, môže byť nekonečne veľká. Polomer môže byť oveľa väčší, než by naznačoval obvod, kvôli zakriveniu priestoru a času.
Fascinujúce čierne diery
Čierne diery patria medzi najfascinujúcejšie a najnepochopiteľnejšie objekty vo vesmíre. Hoci ich detekcia je komplexná, odhady NASA naznačujú, že len v Mliečnej dráhe by mohlo existovať 10 miliónov až miliarda hviezdnych čiernych dier. Nemožno ich priamo vidieť, pretože silná gravitácia vťahuje všetko svetlo do stredu čiernej diery.
Vedci pozorujú čierne diery nepriamo podľa toho, ako ich gravitácia ovplyvňuje hviezdy a vťahuje hmotu do obežnej dráhy. Keď plyn prúdi okolo čiernej diery, zahrieva sa, čo paradoxne robí z týchto neviditeľných objektov jedny z najjasnejších vecí v celom vesmíre. V dôsledku toho môžeme niektoré čierne diery vidieť zo vzdialenosti miliárd svetelných rokov.
V princípe možno akýkoľvek objekt, dokonca aj kameň, premeniť na čiernu dieru jeho stlačením do dostatočne malého objemu. Za týchto podmienok sa objekt naďalej zrúti pod vlastnou váhou a zmrští sa na nulovú veľkosť. Podľa Einsteinovej teórie však hmotnosť a gravitácia objektu zostávajú vo forme extrémneho narušenia priestoru a času okolo neho. Toto narušenie priestoru a času je čierna diera.
Einstein nevedel, že existujú také veci ako čierne diery, keď publikoval svoju teóriu. Určite nevedel, že ich niekedy uvidíme, ako do seba narážajú. Určite nevedel, že existujú vlny v štruktúre kozmu, hoci to bolo neskôr predpovedané. Tieto vlny by prenášali informácie podobne ako svetlo prenáša informácie zo vzdialených hviezd.
Nový vek astronómie
Vstúpili sme do novej éry astronómie, kde môžeme sledovať, ako čierne diery do seba narážajú. Hawkingova teoréma o ploche, ktorá sa zdá byť potvrdená týmito kolíziami, hovorí, že ak sa zrazia dve čierne diery, plocha horizontu okolo novej čiernej diery musí byť väčšia ako plocha horizontov dvoch menších čiernych dier. A to sa zdá byť to, čo sme videli.
Čo je vlastne horizont udalostí? Je to oblasť okolo čiernej diery, z ktorej svetlo nemôže uniknúť. Ak padnete do čiernej diery, čo by ste mohli urobiť, ak je dostatočne veľká alebo dostatočne hmotná, mohli by ste prepadnúť cez tento región priestoru okolo diery. Mohli by ste ľahko spadnúť dovnútra, ale už by ste sa nikdy nedostali von. Nemohli by ste dokonca ani vyslať svetelný signál z čiernej diery, pretože gravitácia je taká silná, že svetlo nemôže uniknúť. A oblasť, z ktorej svetlo nemôže uniknúť, sa nazýva horizont udalostí.
Ak by ste sa mohli vznášať okolo čiernej diery a vidieť ju, nevideli by ste nič, pretože by bola čierna. Videli by ste však túto guľu alebo tento tvar v priestore, z ktorého by nevychádzalo žiadne svetlo a okolo ktorého by sa všetko svetlo zo vzdialených hviezd a galaxií ohýbalo, zakrivovalo a deformovalo.
Veľkosť a rozmanitosť čiernych dier
Čierne diery môžu byť veľké alebo malé. Vedci sa domnievajú, že najmenšie čierne diery sú malé ako jeden atóm. Tieto čierne diery sú veľmi malé, ale majú hmotnosť veľkého pohoria.
Najväčšie čierne diery sa nazývajú supermasívne. Tieto čierne diery majú hmotnosti, ktoré sú viac ako milión Sĺnk dohromady. Vedci našli dôkazy, že každá veľká galaxia obsahuje v svojom strede supermasívnu čiernu dieru. Supermasívna čierna diera v centre Mliečnej dráhy sa nazýva Sagittarius A. Má hmotnosť rovnajúcu sa približne štyrom miliónom Sĺnk.
Podivnosti času pri čiernych dierach
Čierne diery sú však ešte zvláštnejšie. Keď sa približujete k čiernej diere, tok času sa spomaľuje v porovnaní s tokom času ďaleko od diery. Podľa Einsteinovej teórie každé masívne teleso vytvára tento efekt. Gravitácia Zeme je taká slabá, že spomalenie času nie je badateľné, ale efekt bol potvrdený pomocou citlivých prístrojov.
Napríklad na úrovni mora starnete o jednu miliardtinu sekundy ročne menej, než keby ste žili na vrchole Mount Everestu. V blízkosti čiernej diery je spomalenie času extrémne. Z pohľadu pozorovateľa mimo čiernej diery sa čas zastaví. Napríklad objekt padajúci cez dieru by sa zdal zamrznutý v čase na okraji diery.
„Čierna diera je vytvorená z pokrivovaného priestoru. Veci sa z nej nemôžu dostať von, ale jeden spôsob, ako to pochopiť, je kvôli pokriveniu času. Čas sa spomaľuje, keď sa približujete k horizontu čiernej diery. Ak sa vznášate tu a nepadáte cez horizont, čím bližšie sa dostanete k horizontu, tým pomalšie plynie čas v porovnaní s tým, čo vidíte veľmi ďaleko.“
Vo filme Interstellar Cooper zostúpi blízko horizontu čiernej diery. Je tam niekoľko hodín, vráti sa a jeho dcéra zostarla z 11 rokov na 28-ročnú skvelú teoretickú fyzičku.
Ak prejdete cez horizont udalostí, čas nielen spomalí, ale začne tiecť smerom, ktorý by ste považovali za priestorový smer – smerom k singularite. To je jeden z dôvodov, prečo sa nemôžete dostať von – pretože sa nemôžete pohybovať dozadu proti lokálnemu toku času.
Hovorí sa, že skutočnosť je niekedy podivnejšia ako fikcia. A nikde to nie je pravdivejšie ako v prípade čiernych dier.
Obrázky: AI, Zdroj: ScienceTime24