Černé díry se bát nemusíme, říká německý astrofyzik profesor Andreas Eckart, který se tento týden zúčastnil semináře v Astronomickém ústavu AV ČR v Praze.
* LN Specializujete se na výzkum středu naší Galaxie. Co je na něm tak zajímavého?
Je to taková přírodní laboratoř, kde můžeme studovat různé fyzikální jevy, například gravitaci. Nachází se tam obrovské množství hmoty v poměrně malém prostoru. Chování tak masivních objektů nepůjde nikdy studovat v žádné pozemské laboratoři. Takže sledování středu Galaxie nám pomáhá ověřit některé hypotézy, třeba prokázat platnost Einsteinovy teorie relativity.
* LN Před několika lety jste spolu s dalšími kolegy potvrdil existenci černé díry v centru naší Galaxie. Jak dlouho trvalo, než jste k tomu dospěli?
S prvními měřeními jsme začali v roce 1992, když jsme zkonstruovali a zprovoznili speciální přístroj na pozorování. Postavili jsme infračervenou kameru, která pak sloužila víc než deset let jako jeden z dalekohledů Evropské jižní observatoře. Později jsme pokračovali s velkými dalekohledy této observatoře v Jižní Americe. Úvahy o možné černé díře v centru Galaxie se objevily už někdy před čtyřiceti lety. My jsme měli první přesvědčivé náznaky, že se v centru Mléčné dráhy opravdu nachází velký hmotný objekt, asi po pěti letech výzkumu. Postupně jsme zlepšovali pozorovací techniky a v letech 2001 až 2003 přibývaly další důkazy díky rentgenovému a polarizačnímu měření. Takže jsme konečně mohli prohlásit, že jde o černou díru.
* LN Jak víte, že jde o černou díru? Ta přece není vidět...
Pozorovali jsme pohyb hvězd v galaktickém centru v blízkosti oblasti zvané Sagittarius A*. Nachází se v souhvězdí Střelce, v místě neobyčejně silného zdroje rádiového záření. Zjistili jsme, že hvězdy krouží kolem této oblasti po eliptických drahách a v její blízkosti se jejich pohyb vždy znatelně urychlí. To znamená, že se tam musí nacházet malý a velice hmotný objekt. Sledovali jsme především hvězdu S2, jejíž jeden oběh trvá patnáct let. Takže od počátku měření jsme už měli možnost pozorovat celou její oběžnou dráhu.
* LN Nemůže hvězdy přitahovat něco jiného, třeba temná hmota?
Diskutovalo se o dvou modelech, podle kterých by ve středu Galaxie mohla být neutrinová koule nebo bosonová hvězda (neutrina a bosony jsou druhy elementárních částic - pozn. red.). Ale obě tyto spekulace se podařilo vyvrátit. Neutrinová koule by byla příliš velká -to by musela hvězda S2 procházet skrz ni a určitě by se nepohybovala po eliptické dráze tak, jak jsme měli možnost pozorovat. Vyloučit bosonovou hvězdu je složitější, ale polarizační měření ukázala, že by také musela být větší a hvězdy by se kolem ní nepohybovaly tak rychle, jak jsme naměřili. O temné hmotě platí v podstatě totéž - různé varianty jejího možného složení nevysvětlují pozorovaný pohyb hvězd. Posledním fyzikálním vysvětlením, jak se může tolik hmoty nacházet v tak malém prostoru, tedy zůstává černá díra.
* LN Jakou má velikost? Jde spíš o obra, nebo trpaslíka ve srovnání s jinými černými dírami?
Má hmotnost asi čtyř milionů Sluncí. Pokud jde o rozměry, kdyby naše Slunce bylo černou dírou, mělo by průměr asi tři kilometry. Takže když si to vynásobíme, dojdeme u černé díry ve středu Galaxie k průměru deset milionů kilometrů. Ve srovnání s černými dírami v jádrech jiných galaxií je ta naše docela malá. Některé jsou stokrát, nebo i tisíckrát větší, například v kvasarech. Ta naše je ovšem pro pozorování nejvhodnější, protože je nejblíže.
Pokračování na straně VIII
Dokončení ze strany VII
Kromě černých děr v jádrech galaxií ovšem existují i stelární černé díry, které mohou mít hmotnost mnohem menší - třeba jen kolem deseti Sluncí. Ty ovšem vznikají gravitačním zhroucením hvězd, kdežto ty masivní vznikají z plynného materiálu v jádru galaxií, mají tedy odlišný původ. Vědci nyní hledají černé díry střední velikosti, které by se svými rozměry pohybovaly někde mezi masivními a stelárními dírami. Domníváme se, že se nacházejí například ve středu hvězdokup nebo trpasličích galaxií. Zatím se je ale nepodařilo najít - jsou menší než masivní díry a vzdálenější než malé stelární díry, takže se hůř hledají.
* LN Co víme o historii černé díry ve středu Galaxie? Je starší, nebo mladší než sama Mléčná dráha?
Na to dnes existuje víc teorií. Já se kloním k myšlence, že vznikly společně. Naznačují to i pozorování jiných galaxií. Černé díry se nacházejí ve středu všech galaxií, které mají podobně jako ta naše uprostřed tvar jakési výdutě. Existuje vztah mezi velikostí černé díry a rychlostí hvězd, které kolem ní obíhají ve výduti. Navzájem o sobě vědí a podle mě to znamená, že mají společnou minulost a navzájem se ovlivňují. Černá díra v podstatě vyrostla z hmoty, která je zodpovědná i za vznik galaktické výdutě.
* LN Jak bude vypadat budoucnost naší Galaxie? Pohltí ji černá díra?
Budoucnost se těžko odhaduje, ale myslím si, že bude pokračovat společný vývoj černé díry a hvězd kolem ní. Není pravděpodobné, že by černá díra pohltila celou Galaxii, protože její materiál má velkou rotační energii. Je to stejné, jako kdybychom se báli, že Země spadne do Slunce. Naše planeta se pohybuje po rovnovážné oběžné dráze a s materiálem v Galaxii je to stejné, stabilně obíhá kolem středu. Kromě toho je černá díra ve srovnání s Galaxií dost malá, tvoří nanejvýš půl procenta hmotnosti galaktické výdutě. Toho, že by nás spolkla černá díra, se tedy opravdu bát nemusíme.
* LN Existuje teorie, že se naše Galaxie jednou spojí se sousední galaxií v souhvězdí Andromedy...
Ano, galaxie v Andromedě při pozorování vykazuje modrý posun světla, což znamená, že se k nám přibližuje. Je tedy celkem pravděpodobné, že jednou dojde k nějaké interakci mezi ní a Mléčnou dráhou. Podobně existuje měření, že sousední Magellanovo mračno interaguje s naší Galaxií, která ho možná jednou pohltí. Podobné věci se odehrávají také u jiných galaxií. Pozorujeme „galaktické vraždy“ - například v Antenně, dvojici galaxií, které spolu silně interagují a názorně ukazují, jak takový proces probíhá. Galaxie se k sobě přiblíží, jejich hvězdy se začnou prolínat a celý systém postupně ztrácí energii, až se nakonec spojí v jedinou galaxii - spíš v eliptickou než ve spirální, protože energie záleží na rychlosti hvězd. Pokud v obou galaxiích existovaly masivní černé díry, navzájem se najdou, společně ztratí energii a s největší pravděpodobností splynou v jednu.
* LN Jestliže se s naší Galaxií stane něco podobného, jak to ovlivní Sluneční soustavu?
Obecně se dá říci, že tento proces jednotlivé planetární systémy příliš neovlivní. Hvězdný plyn není příliš hustý, takže když se galaxie začnou prolínat, na samotných hvězdách se to příliš neprojeví. Jen je to trochu urychlí, protože do jejich pohybu půjde víc energie. Má to větší vliv na prachová oblaka. Jsou větší, takže se z nich během tohoto procesu začnou tvořit hvězdy nebo hvězdokupy.
* LN Za jak dlouho k takové události dojde, bude Země tou dobou vůbec existovat?
Je pravda, že kolize asi nastane v době, kdy se život Slunce bude chýlit ke konci. Existuje už čtyři miliardy let a dalších pět miliard má ještě před sebou - v přibližně podobném stavu, jaký známe nyní. Oběh Mléčné dráhy kolem její osy trvá zhruba miliardu let a její spojení s Andromedou očekáváme poté, co se několikrát otočí - tedy za několik miliard let. Tou dobou bude Slunce téměř vyhaslé. Jen bůh ví, jestli se toho lidstvo dožije a zda to přežije. Jedinou možností by bylo včas opustit Sluneční soustavu a přestěhovat se jinam.
* LN Kolik černých děr se ve vesmíru nachází a může nás některá z nich ohrozit?
Jak jsem už zmínil, masivní černou díru má ve svém středu pravděpodobně každá galaxie s výdutí. A těch je opravdu hodně, nejméně tolik, jako je hvězd v naší Galaxii -milionkrát milion. Ale jsou tak daleko, že pro nás nepředstavují vůbec žádné riziko.
* LN Vědci se už delší dobu snaží zachytit tzv. gravitační vlny. Jak souvisejí s černými dírami a proč je tak těžké je najít?
Gravitační vlny předpověděl Einstein a mohly by vznikat například při srážkách dvou černých děr. Zatím se je nepodařilo zachytit, protože mají jen slaboučký signál a optické interferometry, které se staví k jejich zachycení, musí být velice citlivé - musí být chráněné před všemi otřesy a vibracemi, před zemětřeseními... Ale myslím si, že technologie už docela pokročila a za pár let se s jejich pomocí podaří zachytit nějaký druh gravitačního záření. Musíte ovšem vědět, co hledáte, na jakou frekvenci se zaměřit. Proto vědci spočítali, jak to bude vypadat, když se srazí dvě černé díry. Přiblíží se k sobě, postupně ztrácí energii vlivem interakcí s hvězdami a vlivem gravitačního záření, až se dostanou opravdu tak těsně k sobě, že ztratí většinu gravitační energie a spojí se v jednu díru. Bylo spočítáno, kolik gravitačního záření se uvolní, a tuto znalost lze použít jako filtr při jeho hledání. Přístroje se podle toho můžou vyladit na potřebnou citlivost. Podle výpočtů dochází ke srážkám masivních černých děr každých pár let, takže je jen otázkou času, kdy se je podaří zachytit.
* LN Lord Martin Rees tvrdí ve své knize Naše poslední hodina, že je teoreticky možné vyrobit v urychlovači částic černou díru, která by mohla být i nebezpečná. Co si o tom myslíte?
Steven Hawking přišel na to, že pokud by existovaly maličké černé díry, silně by reagovaly s okolními částicemi a vznikalo by tzv. Hawkingovo záření. Vlivem tohoto záření by malé černé díry ztratily velkou část své energie a rychle by se vypařily. Takže pokud by se v urychlovači podařilo vyrobit miniaturní černou díru, myslím si, že by nebyla příliš nebezpečná, protože by se rychle vypařila. Ale dodávám, že nejsem expert na tuto problematiku a nikdy jsem neprováděl výpočty na toto téma.
***
Prof. Andreas Eckart
(* 1957)
* vystudoval fyziku na univerzitě v Münsteru
*od roku 1980 pracoval v Ústavu Maxe Plancka pro radioastronomii v Bonnu
*od roku 1986 působil v Ústavu Maxe Plancka pro mimozemskou fyziku v Garchingu
*od roku 2000 je profesorem fyziky na univerzitě v Kolíně nad Rýnem od roku 2001 ředitelem tamního Fyzikálního ústavu
* byl členem vědeckého týmu, který v roce 2002 po deseti letech pozorování zveřejnil studii dokazující existenci masivní černé díry ve středu naší Galaxie
ev
