Naša Galaxia, tvorená hviezdami a medzihviezdnym plynom, má tvar disku. Okolo tohto disku je v obrovskej guli rozložená temná hmota. A v strede disku je čierna diera, ktorej hmotnosť viac než miliónkrát presahuje hmotnosť Slnka.
Na informácii o čiernej diere v strede Galaxie je zaujímavých niekoľko vecí. Po prvé sám fakt, že tam niečo také je, po druhé to, že sa nám tú skutočnosť podarilo odhaliť, a po tretie emocionálna reakcia, ktorú v nás toto konštatovanie vyvoláva. Málokoho nechá správa o obrovskej čiernej diere ľahostajným, pričom máločo sa nás týka menej ako existencia alebo neexistencia takejto čiernej diery. Tak prečo nás to vzrušuje?
Čo je vlastne také fascinujúce na čiernych dierach? Prečo nás zaujímajú oveľa viac než iné astrofyzikálne objekty? Z istého hľadiska sú čierne diery rovnocenné neutrónovým hviezdam a bielym trpaslíkom (vymenované objekty predstavujú tri alternatívy konečného štádia životného cyklu hviezd). Popularita, akej sa čierne diery tešia v bežnej populácii, však mnohonásobne prevyšuje popularitu neutrónových hviezd či bielych trpaslíkov. Prečo je to tak?
.čo to je?
Čierne diery objavili ľudia pomocou ceruzky a papiera. V roku 1916 našiel týmito dvoma nástrojmi Karl Schwarzschild jedno riešenie Einsteinových rovníc všeobecnej teórie relativity. Toto riešenie opisovalo geometriu časopriestoru v okolí nejakej gule (napríklad hviezdy) a obsahovalo v sebe jedno prekvapenie za druhým.
Prvým prekvapením bolo už len to, že sa také riešenie vôbec podarilo nájsť – sám Einstein hľadal presné riešenia svojich rovníc veľmi intenzívne, ale neúspešne. Druhým prekvapením bola jednoduchosť tohto riešenia, ktorá bola dôsledkom vhodnej voľby súradníc: išlo v podstate o zemepisnú dĺžku a šírku, okrem nich tam ešte vystupovala jedna súradnica, ktorá sa veľmi podobala na vzdialenosť od stredu gule a jedna súradnica, ktorá sa veľmi podobala na čas. Schwarzschildove súradnice, ktoré sa tak veľmi podobajú na vzdialenosť a čas, však v skutočnosti nie sú vzdialenosť a čas. Rozdiel sa ukázal veľmi dôležitý a je prekvapujúce (tretie prekvapenie), koľko netriviálnych až bizarných fyzikálnych dôsledkov z toho rozdielu vyplývalo.
Štvrté prekvapenie spočívalo v tom, že v určitej „vzdialenosti“ od stredu je Schwarzschildovo riešenie úplne patologické. To buď znamená, že tie vynikajúce Schwarzschildove súradnice tam zase až také vynikajúce nie sú, alebo že sa tam deje niečo mimoriadne zaujímavé. Piate prekvapenie: v skutočnosti sú pravdivé obidve možnosti – pôvodné súradnice sú v okolí patologického miesta naozaj nevhodné, ale dajú sa nahradiť vhodnejšími a vtedy vidieť, že sa tam fakt dejú nesmierne zaujímavé veci. Pri obyčajných hviezdach sa však nič také nedeje, pretože polomer hviezd je väčší ako Schwarzschildova patologická „vzdialenosť“ a vnútri hviezdy Schwarzshildovo riešenie neplatí.
Šiestym prekvapením bola teoretická možnosť existencie objektu, ktorého „polomer“ je menší než Schwarzschildova patologická „vzdialenosť“. Takému objektu sa hovorí čierna diera (konečne sme sa k nej dostali) a v jej okolí sa dejú všetky tie bizarnosti spomínané v piatom prekvapení. Siedmym prekvapením bolo to, že Schwarzschildova geometria v okolí čiernej diery závisí len od celkovej hmotnosti čiernej diery, a nie je nijako ovplyvnená prípadnými ďalšími detailami. Ôsmym prekvapením bolo toto: ak čierna diera rotuje, potom sa geometria v jej okolí výrazne skomplikuje, ale napriek tomu aj tú geometriu presne poznáme (hovorí sa jej Kerrova geometria).
Deviatym prekvapením boli výsledky astrofyzikálnych výpočtov, podľa ktorých nie sú čierne diery len matematickou hračkou, pretože každá hviezda, ktorej hmotnosť štvornásobne presahuje hmotnosť Slnka, ukončí svoju životnú dráhu ako čierna diera. Desiate prekvapenie: hoci je gravitácia čiernej diery natoľko silná, že z nej nedokáže uniknúť ani svetlo, predsa len ich dokážeme pozorovať. A ešte by sme mohli pokračovať ďalej, ale pri desiatke už asi treba prestať.
.prečo nás to priťahuje?
Po vymenovaní toľkých prekvapujúcich vlastností čiernych dier by hádam malo byť celkom jasné, prečo sa stali takými celebritami. V skutočnosti však nič z toho, čo sme doteraz povedali, ich popularitu nevysvetľuje. Dôvod je jednoduchý: drvivá väčšina členov čiernodierového fanklubu o týchto prekvapujúcich vlastnostiach nikdy v živote nepočula. Dôvod všeobecnej fascinácie čiernymi dierami treba hľadať niekde inde.
Čo vlastne vie bežný človek o čiernych dierach? Asi niečo v tom zmysle, že majú strašne silnú gravitáciu, ktorá všetko pritiahne a pohltí. Alebo, že čo do nich raz spadne, už nikdy sa nedostane späť. Na prvý pohľad vyzerajú tieto dve charakteristiky takmer rovnako, ale v skutočnosti je medzi nimi drobný rozdiel – tá prvá je úplná blbosť, zatiaľ čo tá druhá je výstižným vyjadrením jednej z mnohých vlastností čiernej diery.
Z čiernej diery sa k nám naozaj nedostane vôbec nič, a práve preto nedokážeme čierne diery pozorovať priamo. Okolo čiernych dier sa však môžu telesá aj svetlo pohybovať bez toho, aby boli do čiernej diery nenávratne „vcucnuté“. A práve pozorovaním pohybu týchto telies alebo svetla môžeme nepriamo pozorovať aj čierne diery.
Ideálnou konšteláciou pre takéto pozorovanie je dvojhviezda, v ktorej jedna z hviezd je čiernou dierou. Pozorovaním druhej hviezdy a meraním času jej obehu dokážeme určiť hmotnosť jej neviditeľného partnera. Ak táto hmotnosť presahuje viac ako troj- až štvornásobne hmotnosť Slnka, máme silného kandidáta na čiernu dieru. Prvý raz bola takáto dvojhviezda s (pravdepodobnou) čiernou dierou pozorovaná v roku 1965 v súhvezdí Labute, odvtedy pribudli desiatky takýchto dvojhviezd.
Aj o superhmotnej čiernej diere v strede Galaxie vieme na základe pozorovania obyčajnej hviezdy, ktorá okolo nej obieha. Z merania dráhy a času obehu tejto hviezdy vyplýva, že obieha okolo niečoho relatívne malého (na úrovni niekoľkých svetelných hodín) a pritom extrémne ťažkého (na úrovni miliónov hmotností Slnka). Jediným rozumným kandidátom na takýto objekt je podľa všetkého práve čierna diera.
Čierne diery teda nie sú až tak strašne silné a nenažrané, ako si to väčšina ľudí predstavuje. Určite nepritiahnu do seba všetko, čo sa ocitne v ich okolí. Inými slovami, bežné predstavy o ich gravitačnej príťažlivosti sú prehnané. A asi nebudeme ďaleko od pravdy, ak povieme, že práve týmto prehnaným predstavám o gravitačnej príťažlivosti vďačia čierne diery za svoju psychologickú príťažlivosť.
Pretože ak chceme pochopiť, čím väčšinu z nás čierne diery priťahujú, netreba asi čítať astrofyzikálne učebnice či monografie. Odpoveď je totiž v celkom iných knihách. Napríklad v knihe Eliasa Canettiho Masa a moc. Skúsme aspoň krátky citát:
„Hromada mincí je oddávna a u väčšiny národov známa ako poklad. V mnohých veciach – v tom, že je vnímaný ako jednotka alebo v tom, ako naň človek narazí bez toho, aby vedel, koľko vlastne obsahuje – sa poklad podobá mase. Môžeme sa v ňom prehrabávať, oddeľovať mincu od mince. Vždy čakáme, že je väčší, než v skutočnosti je. Poklad je často utajený a objavuje sa náhle. Nielen ten, kto celý život dúfa, že ho nájde, ale i ten, kto ho zakladá, si predstavuje, ako sa bude poklad stále zväčšovať a robí všetko pre to, aby to tak naozaj bolo. Niet najmenších pochýb, že u niektorých ľudí, žijúcich len pre peniaze, zaujíma poklad miesto ľudskej masy. Potvrdzuje to množstvo príbehov o osamelých lakomcoch, a tí sú mýtickým pokračovaním rozprávkových drakov, pre ktorých bolo stráženie pokladu, starostlivosť oň a kochanie sa pohľadom naň jediným obsahom života.“
Toľko Elias Canetti. My už len dodajme, že čierna diera zrejme hrá v predstavách ľudí úlohu akéhosi superdraka, ktorý je silnejší než všetky ostatné draky, oveľa účinnejšie zhŕňa nielen mince a klenoty, ale úplne všetko, a navyše, čo raz získa, to mu už nikto nevezme. Čierne diery nás pravdepodobne priťahujú celkom iracionálnym spôsobom.
A nie je to tak len v astrofyzike. Napríklad Slovensko sa v 90. rokoch tešilo povesti čiernej diery Európy a prieskumy popularity ukazovali, že sa naozaj teší. Potom sme na nejaký čas o toto výsadné postavenie prišli, ale teraz tu máme niečo hádam ešte zaujímavejšie. Ide o sústavu troch čiernych dier, objavenú v roku 2006 v súhvezdí Koalície. A znova sa tešíme. Dokonca až tak, že ak budú prieskumy popularity pokračovať v nastúpenom trende, mohli by sme si tie tri čierne diery dať do štátneho znaku. Namiesto troch vŕškov.
Na informácii o čiernej diere v strede Galaxie je zaujímavých niekoľko vecí. Po prvé sám fakt, že tam niečo také je, po druhé to, že sa nám tú skutočnosť podarilo odhaliť, a po tretie emocionálna reakcia, ktorú v nás toto konštatovanie vyvoláva. Málokoho nechá správa o obrovskej čiernej diere ľahostajným, pričom máločo sa nás týka menej ako existencia alebo neexistencia takejto čiernej diery. Tak prečo nás to vzrušuje?
Čo je vlastne také fascinujúce na čiernych dierach? Prečo nás zaujímajú oveľa viac než iné astrofyzikálne objekty? Z istého hľadiska sú čierne diery rovnocenné neutrónovým hviezdam a bielym trpaslíkom (vymenované objekty predstavujú tri alternatívy konečného štádia životného cyklu hviezd). Popularita, akej sa čierne diery tešia v bežnej populácii, však mnohonásobne prevyšuje popularitu neutrónových hviezd či bielych trpaslíkov. Prečo je to tak?
.čo to je?
Čierne diery objavili ľudia pomocou ceruzky a papiera. V roku 1916 našiel týmito dvoma nástrojmi Karl Schwarzschild jedno riešenie Einsteinových rovníc všeobecnej teórie relativity. Toto riešenie opisovalo geometriu časopriestoru v okolí nejakej gule (napríklad hviezdy) a obsahovalo v sebe jedno prekvapenie za druhým.
Prvým prekvapením bolo už len to, že sa také riešenie vôbec podarilo nájsť – sám Einstein hľadal presné riešenia svojich rovníc veľmi intenzívne, ale neúspešne. Druhým prekvapením bola jednoduchosť tohto riešenia, ktorá bola dôsledkom vhodnej voľby súradníc: išlo v podstate o zemepisnú dĺžku a šírku, okrem nich tam ešte vystupovala jedna súradnica, ktorá sa veľmi podobala na vzdialenosť od stredu gule a jedna súradnica, ktorá sa veľmi podobala na čas. Schwarzschildove súradnice, ktoré sa tak veľmi podobajú na vzdialenosť a čas, však v skutočnosti nie sú vzdialenosť a čas. Rozdiel sa ukázal veľmi dôležitý a je prekvapujúce (tretie prekvapenie), koľko netriviálnych až bizarných fyzikálnych dôsledkov z toho rozdielu vyplývalo.
Štvrté prekvapenie spočívalo v tom, že v určitej „vzdialenosti“ od stredu je Schwarzschildovo riešenie úplne patologické. To buď znamená, že tie vynikajúce Schwarzschildove súradnice tam zase až také vynikajúce nie sú, alebo že sa tam deje niečo mimoriadne zaujímavé. Piate prekvapenie: v skutočnosti sú pravdivé obidve možnosti – pôvodné súradnice sú v okolí patologického miesta naozaj nevhodné, ale dajú sa nahradiť vhodnejšími a vtedy vidieť, že sa tam fakt dejú nesmierne zaujímavé veci. Pri obyčajných hviezdach sa však nič také nedeje, pretože polomer hviezd je väčší ako Schwarzschildova patologická „vzdialenosť“ a vnútri hviezdy Schwarzshildovo riešenie neplatí.
Šiestym prekvapením bola teoretická možnosť existencie objektu, ktorého „polomer“ je menší než Schwarzschildova patologická „vzdialenosť“. Takému objektu sa hovorí čierna diera (konečne sme sa k nej dostali) a v jej okolí sa dejú všetky tie bizarnosti spomínané v piatom prekvapení. Siedmym prekvapením bolo to, že Schwarzschildova geometria v okolí čiernej diery závisí len od celkovej hmotnosti čiernej diery, a nie je nijako ovplyvnená prípadnými ďalšími detailami. Ôsmym prekvapením bolo toto: ak čierna diera rotuje, potom sa geometria v jej okolí výrazne skomplikuje, ale napriek tomu aj tú geometriu presne poznáme (hovorí sa jej Kerrova geometria).
Deviatym prekvapením boli výsledky astrofyzikálnych výpočtov, podľa ktorých nie sú čierne diery len matematickou hračkou, pretože každá hviezda, ktorej hmotnosť štvornásobne presahuje hmotnosť Slnka, ukončí svoju životnú dráhu ako čierna diera. Desiate prekvapenie: hoci je gravitácia čiernej diery natoľko silná, že z nej nedokáže uniknúť ani svetlo, predsa len ich dokážeme pozorovať. A ešte by sme mohli pokračovať ďalej, ale pri desiatke už asi treba prestať.
.prečo nás to priťahuje?
Po vymenovaní toľkých prekvapujúcich vlastností čiernych dier by hádam malo byť celkom jasné, prečo sa stali takými celebritami. V skutočnosti však nič z toho, čo sme doteraz povedali, ich popularitu nevysvetľuje. Dôvod je jednoduchý: drvivá väčšina členov čiernodierového fanklubu o týchto prekvapujúcich vlastnostiach nikdy v živote nepočula. Dôvod všeobecnej fascinácie čiernymi dierami treba hľadať niekde inde.
Čo vlastne vie bežný človek o čiernych dierach? Asi niečo v tom zmysle, že majú strašne silnú gravitáciu, ktorá všetko pritiahne a pohltí. Alebo, že čo do nich raz spadne, už nikdy sa nedostane späť. Na prvý pohľad vyzerajú tieto dve charakteristiky takmer rovnako, ale v skutočnosti je medzi nimi drobný rozdiel – tá prvá je úplná blbosť, zatiaľ čo tá druhá je výstižným vyjadrením jednej z mnohých vlastností čiernej diery.
Z čiernej diery sa k nám naozaj nedostane vôbec nič, a práve preto nedokážeme čierne diery pozorovať priamo. Okolo čiernych dier sa však môžu telesá aj svetlo pohybovať bez toho, aby boli do čiernej diery nenávratne „vcucnuté“. A práve pozorovaním pohybu týchto telies alebo svetla môžeme nepriamo pozorovať aj čierne diery.
Ideálnou konšteláciou pre takéto pozorovanie je dvojhviezda, v ktorej jedna z hviezd je čiernou dierou. Pozorovaním druhej hviezdy a meraním času jej obehu dokážeme určiť hmotnosť jej neviditeľného partnera. Ak táto hmotnosť presahuje viac ako troj- až štvornásobne hmotnosť Slnka, máme silného kandidáta na čiernu dieru. Prvý raz bola takáto dvojhviezda s (pravdepodobnou) čiernou dierou pozorovaná v roku 1965 v súhvezdí Labute, odvtedy pribudli desiatky takýchto dvojhviezd.
Aj o superhmotnej čiernej diere v strede Galaxie vieme na základe pozorovania obyčajnej hviezdy, ktorá okolo nej obieha. Z merania dráhy a času obehu tejto hviezdy vyplýva, že obieha okolo niečoho relatívne malého (na úrovni niekoľkých svetelných hodín) a pritom extrémne ťažkého (na úrovni miliónov hmotností Slnka). Jediným rozumným kandidátom na takýto objekt je podľa všetkého práve čierna diera.
Čierne diery teda nie sú až tak strašne silné a nenažrané, ako si to väčšina ľudí predstavuje. Určite nepritiahnu do seba všetko, čo sa ocitne v ich okolí. Inými slovami, bežné predstavy o ich gravitačnej príťažlivosti sú prehnané. A asi nebudeme ďaleko od pravdy, ak povieme, že práve týmto prehnaným predstavám o gravitačnej príťažlivosti vďačia čierne diery za svoju psychologickú príťažlivosť.
Pretože ak chceme pochopiť, čím väčšinu z nás čierne diery priťahujú, netreba asi čítať astrofyzikálne učebnice či monografie. Odpoveď je totiž v celkom iných knihách. Napríklad v knihe Eliasa Canettiho Masa a moc. Skúsme aspoň krátky citát:
„Hromada mincí je oddávna a u väčšiny národov známa ako poklad. V mnohých veciach – v tom, že je vnímaný ako jednotka alebo v tom, ako naň človek narazí bez toho, aby vedel, koľko vlastne obsahuje – sa poklad podobá mase. Môžeme sa v ňom prehrabávať, oddeľovať mincu od mince. Vždy čakáme, že je väčší, než v skutočnosti je. Poklad je často utajený a objavuje sa náhle. Nielen ten, kto celý život dúfa, že ho nájde, ale i ten, kto ho zakladá, si predstavuje, ako sa bude poklad stále zväčšovať a robí všetko pre to, aby to tak naozaj bolo. Niet najmenších pochýb, že u niektorých ľudí, žijúcich len pre peniaze, zaujíma poklad miesto ľudskej masy. Potvrdzuje to množstvo príbehov o osamelých lakomcoch, a tí sú mýtickým pokračovaním rozprávkových drakov, pre ktorých bolo stráženie pokladu, starostlivosť oň a kochanie sa pohľadom naň jediným obsahom života.“
Toľko Elias Canetti. My už len dodajme, že čierna diera zrejme hrá v predstavách ľudí úlohu akéhosi superdraka, ktorý je silnejší než všetky ostatné draky, oveľa účinnejšie zhŕňa nielen mince a klenoty, ale úplne všetko, a navyše, čo raz získa, to mu už nikto nevezme. Čierne diery nás pravdepodobne priťahujú celkom iracionálnym spôsobom.
A nie je to tak len v astrofyzike. Napríklad Slovensko sa v 90. rokoch tešilo povesti čiernej diery Európy a prieskumy popularity ukazovali, že sa naozaj teší. Potom sme na nejaký čas o toto výsadné postavenie prišli, ale teraz tu máme niečo hádam ešte zaujímavejšie. Ide o sústavu troch čiernych dier, objavenú v roku 2006 v súhvezdí Koalície. A znova sa tešíme. Dokonca až tak, že ak budú prieskumy popularity pokračovať v nastúpenom trende, mohli by sme si tie tri čierne diery dať do štátneho znaku. Namiesto troch vŕškov.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.