Astronomové vytvořili mapu, která ukazuje 25 tisíc supermasivních černých děr

Mezinárodní tým astronomů zveřejnil mapu oblohy, která ukazuje přes 25 tisíc supermasivních černých děr. Má být zveřejněna v časopise Astronomy & Astrophysics a je zatím nejpodrobnější nebeskou mapou v oblasti takzvaných nízkých rádiových frekvencí. Vědci pro její vytvoření použili data získaná z 52 stanic rozmístěných po devíti evropských zemích.

Mapa černých děr
Zdroj: LOFAR/LOL Survey

Netrénovanému oku se může zdát, že tato hvězdná mapa obsahuje tisíce hvězd – ale ve skutečnosti jsou to všechno supermasivní černé díry. Každá z nich se nachází v jiné galaxii. Vědci sice nevidí samotné černé díry, ale jsou schopní sledovat rádiové emise pocházející z hmoty, která se dostala blízko černé díry.

„Je to výsledek mnohaleté práce na neuvěřitelně obtížných datech. Museli jsme vymyslet úplně nové metody, jak přeměnit rádiové signály na obraz oblohy,“ uvedl vedoucí výzkumu Francesco de Gasperin.

Lidstvo hledí na vesmír ze dna bazénu

Pozorování na dlouhých rádiových vlnových délkách komplikuje ionosféra, která obklopuje Zemi. Tato vrstva volných elektronů se chová jako jakási čočka, která se neustále pohybuje před obrazem radioteleskopu. „Je to podobné tomu pozorovat svět, když jste ponoření v bazénu. Když se podíváte nahoru, vlny na vodě bazénu odrazí světelné paprsky a zkreslí výhled,“ popsal spoluautor práce Reinout van Weeren.

Podobné to je i s atmosférou – její rozostření museli vědci nejprve překonat, teprve pak mohli rádiové signály podrobněji sledovat.

Mapa celé oblohy

Nová mapa vznikla poté, co astronomové spojili 256 hodin pozorování severní oblohy do jednoho obřího datového souboru. Na něj pak nasadili superpočítače vybavené novými algoritmy na principu umělé inteligence, které umí „vyhladit“ rozostřenost způsobenou vlivem oblohy. „Po mnoha letech vývoje softwaru je úžasné vidět, že se nám to teď opravdu podařilo,“ raduje se z úspěchu Huub Röttgering z Leidenské observatoře, která se do pozorování také zapojila.

Výsledek sice vypadá jako obří, ve skutečnosti ale zobrazuje jen drobnou výseč reality – tato mapa nyní pokrývá pouhá čtyři procenta severní poloviny oblohy. Astronomové plánují pokračovat, dokud nezmapují celou severní oblohu. Kromě supermasivních černých děr mapa poskytuje mimo jiné také náhled na rozsáhlou strukturu vesmíru.

Co jsou černé díry?

Černá díra je neviditelným vesmírným objektem, jehož gravitační působení je v určité oblasti časoprostoru tak silné, že z něj nemůže uniknout žádná hmota – a dokonce ani světlo. Přitahuje všechno ze svého okolí podobně jako obrovský vír. Černou díru dělá černou takzvaný horizont událostí, což je okraj černé díry, ze kterého se už dostat nejde.

Černých děr existuje zřejmě mnoho druhů, základní dělení je rozděluje na tři skupiny, ale spekuluje se ještě o dalších. Ty nejmenší černé díry vznikají, když určitý druh hvězdy na konci své existence exploduje a zhroutí se. Podle kvalifikovaných odhadů existuje jen v Mléčné dráze asi 100 milionů těchto těles.

Kromě malých černých děr, což jsou objekty s hmotnostmi v rozmezí zhruba deset až sto hmotností Slunce, existují i supermasivní černé díry, jejichž hmotnosti leží v rozmezí 100 tisíc až několik miliard hmotností Slunce a které se nacházejí v centrech většiny galaxií. Uvažuje se ale také o existenci zcela miniaturních černých děr, které by mohly být o velikosti atomu a mohly by existovat ve vesmíru prakticky kdekoliv – ty jsou ale díky jejich povaze v podstatě nedetekovatelné.

Astronomové nemohou černé díry pozorovat přímo, nicméně o jejich existenci mají už dlouho mnoho nepřímých důkazů. Černé díry totiž svou obrovskou gravitací intenzivně působí na okolí a vědci kolem nich pozorovali takzvané akreční disky tvořené hmotou, která kolem černé díry krouží, vysíla rentgenové záření a nakonec do ní padá.

Jeden z nejvýznamnějších českých astronomů Josip Kleczek ve své Velké encyklopedii vesmíru o černých dírách napsal: „Uprostřed černé díry je nesmírně husté, velmi malé, velmi hmotné a velmi tajemné něco, o němž vůbec nevíme, z čeho je. A ani nemůžeme vědět ze dvou důvodů. Jednak tam z vnějšího vesmíru nevidíme a jednak podle teorie by jeho hmotnost měla mít nulový rozměr, tedy nekonečně velkou hustotu; a na Zemi nic takového neznáme.“

Věda pro toto místo v centru černé díry používá výraz singularita – je to totiž místo, kde některé fyzikální veličiny nabývají nekonečných hodnot. Současná fyzika si se singularitami (další je Velký třesk nebo jeho protiklad Velký krach) neví úplně rady. Fyzici proto pracují s principem „kosmické cenzury“, který říká, že každá singularita je chráněná před vnějším světem horizontem událostí, jenž brání, aby se informace o vlastnostech singularity dostala ven.