39. Černé díry
Černé díry byly po mnoho desetiletí tajemnými objekty, které se staly vděčným námětem scifi literatury. Podivné jevy, které jsou nad naše chápání, je doprovázely na každém kroku. A dnes? Černé díry si za poslední dvě desetiletí razantně vybudovaly své postavení mezi běžnými astronomickými objekty. Poznali jsme černé díry hvězdných rozměrů stejně tak jako černé díry o hmotnosti celé galaxie.
Často se zdá, že myšlenka existence černých děr je nová. Opak je ale pravdou. Historicky první úvahy o možné existenci objektů, ze kterých nemůže uniknout ani světlo, pochází od anglického filosofa Johna Michella už z roku 1783. Francouzský matematik, fyzik, astronom a politik Pierre Simon Laplace v roce 1798 odvodil na základě představ Newtonovy mechaniky rozměry tohoto hypotetického tělesa. V roce 1916 vypočetl německý fyzik Karl Schwarzschild stejný vztah na základě Einsteinovy obecné relativity. Od té doby hovoříme o tzv. Schwarzschildově poloměru. Zaujme-li těleso menší rozměry, než je Schwarzschildův poloměr, nemůže ho už opustit žádné jiné těleso, dokonce ani fotony – částice světla. V přírodě se tak stane vždy, když gravitační síly převládnou nad ostatními silami a přivodí nekontrolovatelné hroucení objektu. Pojmenování „černá díra“ pochází od Johna Archibalda Wheelera a je až z roku 1967.
Pokud si představujete černou díru jako mrtvý objekt, kolem kterého se už nic neděje, jste na omylu. V okolí obíhající látka vytvoří kolem díry plazmový prstenec, kterému říkáme akreční disk. Z něho rozžhavená látka po spirálách padá do černé díry. Jednotlivé vrstvy se o sebe třou, zahřívají se a intenzivně září, často až v rentgenovém oboru. Část látky skutečně spadne do černé díry. Menší část je ale zachycena magnetickým polem v okolí. Toto pole částice vytlačuje ve směru rotační osy černé díry a vyvrhuje je s vysokými rychlostmi do dvou protilehlých směrů. Vznikají dva výtrysky urychlených částic, které září ve všech oborech spektra. Výtrysky interagují s okolním prostředím a na jejich koncích vznikají typické radiové skvrny, kterým říkáme radiové laloky. Akreční disk a výtrysky pozorujeme jak u černých děr, které jsou pozůstatkem bývalých hvězd, tak u obřích černých děr, které sídlí v centrech galaxií.
Černá díra mohla také vzniknout z dvojhvězdy. Jedna složka se stala černou dírou a druhá kolem ní nadále krouží. Kolem velmi hmotných černých děr v jádrech galaxií krouží často i celé hvězdokupy. A to je pro nás jen dobře. Z jejich pohybu můžeme určit vlastnosti černé díry v jejich středu.
První černou díru Cygnus X1 objevil jako atypický rentgenový zdroj anglický astronom Paul Murdin v roce 1971. Její hmotnost je osminásobkem hmotnosti našeho Slunce a nachází se v souhvězdí Labutě ve vzdálenosti 6 000 světelných roků. První obří černá díra ve středu celé galaxie byla nalezena Hubbleovým dalekohledem v roce 1992. Šlo o galaxii v souhvězdí Panny s katalogovým označením NGC 4261. Vzdálená je od nás 100 milionů světelných roků, její hmotnost je 1 000 miliard hmotností Slunce a jen akreční disk této veledíry má hmotnost jako 100 000 Sluncí. Dnes si myslíme, že obdobné velmi hmotné černé díry sídlí v centrech všech větších galaxií.
Původ galaktických černých děr je ale nejasný a vedou se o něm mnohé učené diskuze. Pokud je v okolí galaktické černé díry dostatek materiálu, centrální černá díra ho doslova požírá a její akreční disk a výtrysky intenzivně září. Hovoříme o aktivním galaktickém jádře. Černá díra sídlící v něm je jakýmsi motorem celé galaxie. Nám, jako vnějším pozorovatelům se naskytne jiný pohled, pokud se díváme na objekt z roviny akrečního disku, ze směru výtrysku nebo pod šikmým úhlem. Z toho důvodu vzniklo pro tyto objekty několik názvů: kvazary, blazary nebo Seyfertovy galaxie. Ve všech případech jde o galaxii s obří černou dírou v centru, na kterou se díváme z různých úhlů pohledu.
I naše galaxie má ve svém středu obří černou díru. Nachází se ve směru souhvězdí Střelce ve vzdálenosti 26 000 ly od nás. Její hmotnost je rovna 4 milionům hmotností Slunce. Jako radiový zdroj ji detekoval Karl Janský už v roce 1933. Kolem naší centrální černé díry obíhá celá hvězdokupa a z jejího pohybu je možné určovat nepřímo vlastnosti tohoto motoru naší Galaxie. Průměr centrální veledíry je 12 milionů kilometrů, což je 8 procent vzdálenosti Země od Slunce. Obřími radioteleskopickými sítěmi je dnes možné dohlédnout až na čtyřnásobek Schwarzschildova poloměru. V roce 2012 bude dokončena v Atacamské poušti v Chile stavba zatím největší radioteleskopické sítě světa. Nazývá se ALMA a bude ji tvořit 66 radioteleskopů o průměru 12 metrů. Na stavbě se podílí i Česká republika. A právě tato síť dohlédne do bezprostřední blízkosti černé veledíry v centru naší Galaxie. Máme se na co těšit. K naší díře se totiž blíží obří oblak plazmatu, který do ní začne padat v příštím roce. A díky radioteleskopické síti ALMA bude lidstvo na tuto mimořádnou podívanou dokonale připraveno.