Přestože se už několik let daří získávat snímky černých děr, podle vědců to nejsou samotné díry, jen jejich stíny. Díky novým datům se pokoušejí vytvořit modely toho, jak by mohly tyto objekty vypadat.
Popisy černých děr se dělí na dvě kategorie – buď jde o až poetická vyprávění o dírách v časoprostoru, zborcené realitě poskládaná v nekonečně husté hmotě, anebo složité rovnice, které jsou v podstatě pro většinu lidí nepochopitelné. Ale jak ve skutečnosti vypadají?
Teprve před několika lety zveřejnili vědci snímky černých děr, které veřejnosti vyrazily dech, ale ty o podobě černých děr vlastně říkají pozoruhodně málo. „To, co vidíte na těchto snímcích, není samotná černá díra, ale spíše horká hmota v jejím bezprostředním okolí,“ vysvětluje profesor Luciano Rezzolla, který spolu se svým týmem z Goethe University ve Frankfurtu sehrál klíčovou roli v těchto objevech. „Dokud se hmota stále otáčí mimo horizont událostí – než je nevyhnutelně vtažena dovnitř – může vysílat poslední signály světla, které můžeme v zásadě detekovat.“
Stín temnoty
Snímky černé díry tedy neukazují přímo ji, ale v podstatě spíše její stín. Tento objev otevřel možnost podrobně prozkoumat teorie, které stojí za těmito extrémními kosmickými objekty, a pokusit se odvodit od tvaru stínu a dalších informací opravdovou podobu černé díry.
Základem je stále ještě sto let stará Einsteinova obecná teorie relativity, která se považuje za zlatý standard ve fyzice, pokud jde o popis prostoru a času. Předpovídá existenci černých děr včetně jejich zvláštností, jako je takzvaný horizont událostí, za nímž mizí vše, co ho překročí, z vesmíru – podle některých hypotéz dokonce i informace.
„Existují ale i jiné, stále hypotetické teorie, které také předpovídají existenci černých děr. Některé z těchto přístupů vyžadují přítomnost hmoty s velmi specifickými vlastnostmi, nebo dokonce porušení fyzikálních zákonů, které v současné době známe,“ říká Rezzolla.
Spolu s kolegy z Tsung-Dao Lee Institute v Šanghaji představil tento frankfurtský fyzik v časopise Nature Astronomy novou možnost, jak tyto alternativní teorie ověřit a zjistit, jak by mohly černé díry vypadat – respektive jestli má vůbec smysl snažit se tyto objekty vůbec popsat nějakým tvarem. Zatím k něčemu takovému chyběla vědcům data.
Einstein měl nejspíš opět pravdu
Díky tomu teď astrofyzici představili první komplexní popis toho, jak se různé typy hypotetických černých děr odchylují od teorie relativity a jak se to odráží v jejich stínových obrazech. Vycházeli přitom z trojrozměrných počítačových simulací, které replikovaly chování hmoty a magnetických polí v zakřiveném časoprostoru obklopujícím černé díry. Z těchto simulací pak vědci vygenerovali syntetické obrazy zářícího plazmatu.
Právě jeho „chapadla“ nebo „vlasy“, které kolem černé díry šlehají, mohou připomínat v simulacích tvar slavného hlavolamu Jaroslava Foglara ježek v kleci – jen bez klece. Ukazuje to prostřední sada snímků na úvodní fotografii článku.
Dokázali tak něco, co až doposud věda neuměla: změnili černé díry na testovatelné objekty. Výsledky jsou zatím vzhledem k tomu, že jde o první takový pokus, velmi nejisté, ale nejlépe v nich vychází modely založené na Einsteinově teorii. Několik velmi exotických možností už dokonce vědci dokázali vyloučit.
Například je nepravděpodobné, že by dvě černé díry v centru M87 a v srdci naší Mléčné dráhy byly takzvanými nahými singularitami, tedy hypotetickými černými dírami bez horizontu událostí nebo červími dírami (tedy jakýmisi zkratkami, které propojují dvě místa v časoprostoru) – to jsou jen dvě z mnoha dalších teoretických možností, které je třeba ověřit.
„I zavedená teorie se musí neustále testovat, především u tak extrémních objektů, jako jsou černé díry,“ dodává fyzik.
