Astronomové poprvé sledovali světlo zpoza černé díry. Je to další důkaz, že měl Einstein pravdu

Když padá plyn do černé díry, uvolňuje přitom obrovské množství energie a chrlí elektromagnetické záření do všech směrů, proto takové objekty patří k těm nejjasnějším v celém známém vesmíru. Astronomové ale byli až doposud schopní pozorovat světlo a další záření ze supermasivní černé díry jen tehdy, když zářila přímo směrem k našim teleskopům – cokoli zpoza ní bylo vždy zakryté a tedy neviditelné. Až dosud.

Černá díra, ilustrační snímek
Zdroj: Pixabay

Nová studie, kterou vydal odborný časopis Nature, totiž popsala první pozorování záření, které pochází zpoza černé díry; bylo ohnuté v důsledku deformace prostoročasu kolem tohoto superhmotného objektu. Podle autorů studie se jedná o další důkaz pravdivosti Einsteinovy obecné teorie relativity i toho, jak geniálně tento fyzik už před sto lety předpověděl budoucí objevy.

„Je to nesmírně vzrušující výsledek,“ popsal pro MIT Technology Review astronom z Wayne State University Edward Cackett, který se na studii nepodílel. „Ačkoli jsme už dříve pozorovali signaturu rentgenové ozvěny, zatím nebylo možné oddělit ozvěnu, která přichází zpoza černé díry a ohýbá se do naší zorné linie. Umožní nám to lépe pochopit, jak věci padají do černých děr a jak černé díry ohýbají prostoročas kolem sebe.“

Uvolňování energie černými dírami, někdy v podobě rentgenového záření, je extrémní proces, při němž se uvolňuje obrovské množství energie. A protože supermasivní černé díry uvolňují tolik energie, jsou v podstatě jakýmisi „elektrárnami“, které umožňují růst galaxií kolem nich. „Pokud chceme pochopit, jak vznikají galaxie, musíte porozumět těmto procesům mimo černou díru, které jsou schopné uvolnit tak obrovské množství energie, které studujeme jako výrazné zdroje světla,“ uvedl Dan Wilkins, astrofyzik ze Stanfordovy univerzity a hlavní autor studie.

Příliš vzdálená galaxie

Studie se zaměřuje na supermasivní černou díru v centru galaxie zvané I Zwicky 1 (zkráceně I Zw 1), která se nachází asi 100 milionů světelných let od Země. V supermasivních černých dírách, jako je I Zw 1, padá velké množství plynu směrem ke středu (tedy k takzvanému horizontu událostí, což je v podstatě bod, odkud není návratu) a má tendenci se zplošťovat do disku. Nad černou dírou dochází k souběhu nabitých částic a magnetického pole – výsledkem je vysokoenergetické rentgenové záření.

Některé z těchto rentgenových paprsků svítí přímo směrem na Zemi a můžeme je normálně pozorovat pomocí dalekohledů. Některé z nich ale září také směrem dolů k plochému disku plynu a odrážejí se od něj. Rotace černé díry I Zw 1 se zpomaluje rychlejším tempem, než jaké pozorujeme u většiny supermasivních černých děr, což způsobuje, že okolní plyn a prach snadněji padají dovnitř a zásobují černou díru hmotou z více směrů. To zase vede k silnějšímu vyzařování rentgenového záření, než je běžné – a právě to Wilkinse a jeho tým obzvláště zaujalo.

Když Wilkinsův tým pozoroval tuto černou díru, všimli si vědci, že černá díra jako by „blikala“. Tyto záblesky, způsobené rentgenovými pulzy odrážejícími se od masivního disku plynu, vycházely zpoza stínu černé díry – tedy místa, které je normálně skryté před pohledem astronomů. Je to tím, že černá díra ohýbá prostor kolem sebe, a ohýbají se kolem ní i odrazy rentgenového záření, což znamená, že je můžeme spatřit i na Zemi.

Einstein měl zase pravdu

Vědci našli signály pomocí dvou různých vesmírných teleskopů optimalizovaných pro hledání rentgenového záření ve vesmíru: NuSTAR, který provozuje NASA, a XMM-Newton, který provozuje Evropská kosmická agentura.

Nejdůležitějším důsledkem nových zjištění je, že potvrzují to, co Albert Einstein předpověděl v roce 1915 v rámci své obecné teorie relativity – tedy způsob, jakým by se světlo mělo ohýbat kolem extrémně hmotných objektů, jako jsou právě supermasivní černé díry.

„Je to poprvé, kdy skutečně vidíme přímo, jak se světlo ohýbá až za černou dírou do našeho zorného pole, a to kvůli způsobu, jakým černá díra deformuje prostor kolem sebe,“ říká Wilkins.

„I když toto pozorování nemění náš obecný obraz černých děr, je to pěkné potvrzení, že v těchto systémech hraje roli obecná teorie relativity,“ popsala astrofyzička z MIT Erin Karová, která se na studii nepodílela.

Navzdory svému názvu jsou supermasivní černé díry tak daleko, že ve skutečnosti vypadají jen jako jednotlivé světelné body, a to i s pomocí nejmodernějších přístrojů. Nebude proto možné pořídit snímky všech z nich tak, jak vědci pomocí Event Horizon Telescope zachytili stín supermasivní černé díry v galaxii M87.

Profesor Wilkins doufá, že detekce a studium většího počtu těchto rentgenových ozvěn by jim mohlo pomoci vytvořit částečné nebo dokonce úplné snímky vzdálených supermasivních černých děr. To by jim zase mohlo pomoci odhalit některé velké záhady týkající se toho, jak supermasivní černé díry rostou, udržují celé galaxie a vytvářejí prostředí, kde zřejmě přestávají platit fyzikální zákony.