Čierne diery - nové fakty
Vesmír zahŕňa všetko, čo existuje, od najmenších subatómových častíc až
po superkopy galaxií (to sú najväčšie štruktúry, ktoré poznáme). Nikto
nevie, aký je vesmír veľký. Astronómovia odhadujú, že obsahuje okolo 100
miliárd galaxií, z ktorých každá má priemerne 100 miliárd hviezd.
Teória veľkého tresku (big bang) je najuznávanejšou teóriou vzniku
vesmíru a hovorí, že vesmír vznikol obrovskou explóziou - veľkým treskom
- pred 10 až 20 miliárdami rokov. Na samom začiatku vesmír pozostával z
veľmi horúcej, hustej žeravej gule rozpínajúceho sa, postupne
chladnúceho plynu. O milión rokov sa plyn pravdepodobne začal zhusťovať
do izolovaných zhlukov, nazývaných protogalaxie. Počas ďalších piatich
miliárd rokov zhusťovanie protogalaxií pokračovalo, až sa vytvorili
galaxie, v ktorých sa rodili hviezdy. Dnes, po miliardách rokoch, sa
vesmír ako celok ešte stále rozpína, aj keď sú v ňom lokalizované
oblasti, v ktorých sa objekty udržujú spolu gravitáciou; galaxie
napríklad vytvárajú kopy. Teória veľkého tresku je podporená objavom
jemného, chladného žiarenia pozadia, ktoré je rozptýlené rovnomerne na
všetky smery. Predpokladá sa, že toto žiarenie je pozostatkom (reliktom)
žiarenia, ktoré vzniklo pri veľkom tresku. Maličké rozdiely v teplote
reliktového žiarenia sa považujú za dôkaz slabých fluktuácií v hustote
látky raného vesmíru, čo viedlo k tvorbe galaxií. Astronómovia ešte
stále nevedia, či je vesmír "uzavretý", či sa rozpínanie nezastaví a
vesmír sa nezačne zmršťovať, alebo či je "otvorený" a bude sa navždy
rozpínať.
Čierne diery, zlá reputácia
Čierne diery majú zlú reputáciu. Predstavujeme si ich ako monštrózne
zdroje obrovskej príťažlivosti, pohlcujúce každé zrniečko hmoty, ktorú
dokážu zachytiť. V tlači sú prezentované ako objekty astronómom málo
známe a v teoretickej rovine sa o nich uvažuje ako o konečnom štádiu
kozmickej evolúcie. Tieto neviditeľné objekty sú opisované ako
mysteriózne prepadlisko skazy a smrti. Preto sa snáď bude zdať trochu
zvláštne, že podľa nových teórií sú nepostrádateľnými silami stvorenia a
prijať skutočnosť, že čierne diery zohrávajú významnú úlohu vo vývoji
vesmíru. Nemožno zabúdať, že momentálne sme schopní spoznať asi 10%
toho, čo sa deje, alebo udialo vo vesmíre. Ostatných 90% bude pre nás
ešte dlhé roky neodhaliteľným tajomstvom.
Poznatky poslednej doby donútili astronómov zmeniť názor na čierne
diery. Podľa najnovších teórií fungujú ako vesmírni sochári. Sú tou
základnou silou vo vývoji a tvarovaní galaxií do ich konečnej podoby a
určujú usporiadanie hviezd v nich. Čierne diery sú takmer s istotou
produktami galaxií, v ktorých sa nachádzajú a galaxie výtvormi čiernych
dier. Jedno bez druhého nemôže existovať.
Darwinova galaktická terminológia
Táto novovznikajúca teória obsahuje lákavé, darwinisticky znejúce slovo:
koevolúcia, spoluvývoj. Teoretici sa pohrávali už tridsať rokov s
myšlienkou, že čierne diery, galaxie i hviezdokopy vznikajú a vyvíjajú
sa v tom istom čase. Nahlas sa začala spomínať len krátko pred koncom
20. storočia. Až pozorovania Hubbleovho teleskopu v posledných troch
rokoch poskytli pre teóriu koevolúcie skalopevnú podporu a dnes patrí
medzi hlavné idey o ktoré sa opiera spoznávanie vývoja čiernych dier a
formovania galaxií. Čoraz konkrétnejšia predstava postupu vzniku galaxií
od základu zmenila náš pohľad na čierne diery a posunula ich do stredu
vedeckého bádania. Predtým sme ich považovali za koncový bod evolúcie,
poslednú fázu kľudu všetkej, alebo skoro všetkej hmoty vo vesmíre. Teraz
astronómovia nadobúdajú presvedčenie, že čierne diery zohrávajú
rozhodujúcu úlohu pri zrode nových galaxií.
Táto myšlienka sa týka hlavne vysvetlenia, ako sa vyvinuli masívne
galaxie počas prvej miliardy rokov existencie vesmíru. Je natoľko nová,
že teoretici len pred niekoľkými týždňami dostali priamy dôkaz o tom, že
galaxie sa vlastne formovali okolo prvotných čiernych dier!
Čo bolo skôr?
Astronómovia sú ako archeológovia - väčšinu svojho života nazerajú do
minulosti. Fotóny k nim letia časom a priestorom prinášajú informácie o
udalostiach, z ktorých mnohé sa odohrali ešte skôr, než Zem pred 4,5
miliardami rokov vôbec vznikla. Hľadajú odpoveď na otázku, čo bolo skôr -
galaxia, alebo čierna diera? Teória zahŕňajúca možnosť spoluvývoja
pripúšťa obe možnosti. Galaxia sa môže formovať okolo rastúcej čiernej
diery. Bádatelia sa touto myšlienkou vážne začali zaoberať v polovici
90. rokov 20. storočia, keď objavili náznaky, že existencia značne
veľkej čiernej diery v strede galaxie mala vplyv na jej tvar.
Zdá sa, že iba v galaxiách so sférickými, vypuklými hviezdnymi
komponentami sa nachádzajú supermasívne čierne diery. Jednou z takýchto
galaxií je i naša Mliečna dráha. Ak by sme si ju predstavili "z profilu"
javila by sa nám ako stereotypne zobrazovaný lietajúci tanier
mimozemšťanov s trošku pretiahnutejším a plochejším diskom. Mliečna
dráha je menšia ako mnoho iných galaxií, takže má i menej masívnu čiernu
dieru - jej hmotnosť zhruba zodpovedá hmotnosti 2,6 milióna násobku
Slnka.
Začalo teda pátranie po čiernych dierach. Astronómovia z Texaskej
univerzity podali dôkazy o existencii 10 mamutích čiernych dier, ktorých
hmotnosť súvisí s galaktickými "vypuklinami" okolo nich. Ďalšie výskumy
ukázali, že v mnohých menších galaxiách sa nenachádzajú skupiny hviezd
vypuklého tvaru, čo pravdepodobne potvrdzuje, že v nich nie sú čierne
diery väčšieho významu.
Variácie teórie
Existuje veľa variácií základnej teórie o spoluvývoji. Každá z nich sa
pokúša vysvetliť jeden dráždivý fakt: V (z kozmického hľadiska) okamihu v
časovom rozmedzí od 300 do 800 miliónov rokov po Veľkom Tresku sa
zrodili prvé čierne diery a každá z nich nahltala hmotu rovnajúcej sa
miliarde Sånk, ba i viac. Ako sa to stalo? Vznikali zlučovaním dier
menších pritiahnutých k sebe a do seba vzájomnou príťažlivosťou? Pažravo
hltali každý kúsok hmoty, milióny hviezd, celé slnečné sústavy až
narástli natoľko, že sa obklopili celou galaxiou? Určite stojí za
zmienku, že priemerná čierna diera má menej ako jedno percento hmotnosti
galaxie, ktorá je o ňu zakotvená.
Jednou z najdebatovanejších otázok je, či čierne diery rástli postupne, a
či ich "spolupráca" pri tvorbe galaxií prebiehala od samotného
začiatku, alebo odštartovala až keď nazhromaždili určité množstvo hmoty.
Tiež sa nevie, či čierne diery môžu vznikať aj vo veľmi malých
galaxiách a či je nejaké spojenie medzi "malými" dierami ako konečnými
bodmi evolúcie veľkých hviezd (niektoré majú iba taký priemer ako väčšie
pozemské mesto ale obrovskú hmotnosť) a dierami v centrách galaxií,
ktorých hmotnosť je väčšia ako miliónov Sånk.
Kvazary pod drobnohľadom
Vedci zaoberajúci sa čiernymi dierami získali skvelého pomocníka v
podobe Hubbleovho teleskopu na obežnej dráhe okolo Zeme. Jeho pomocou
nazerajú do dávnej minulosti vesmíru. Pozorujú ním najmä kvazary.
Galaxie neustále vznikajú a zanikajú a každá prechádza "kvazarovým"
obdobím, ktoré je vhodné na pozorovanie pôsobenia čiernych dier.
Niektoré galaxie sa môžu stať kvazarmi i niekoľkokrát. Kolízie i
spojenia galaxií trvajú milióny rokov. Napríklad v galaxia NGC 6240.
Našli v nej nie jednu, ale dve čierne diery. Momentálne sú vzdialené od
seba asi 3000 svetelných rokov a očividne sa blížia k sebe. Podľa
pozorovaní The Chandra X-ray Observatory, NGC 6240 to sú vlastne dve
galaxie, ktoré sa začali zlučovať asi pred 30 miliónmi rokov.
Kolidujúce galaxie známe pod menom Myši a ich čierne diery sa napokon
spoja v jedinú gigantickú galaxiu. Takéto splynutia môžu vygenerovať
kvazarovú fázu vývoja galaxie.
Dobré vyhliadky
Nepriame pozorovania tiež poukazujú na to, že čierne diery pravdepodobne
rotujú, čím dokážu nazhromaždiť a udržať viac plynov a hmoty, ale
rukolapný dôkaz o tom ešte neexistuje. Na vyjasnenie otázok okolo
spoluvývoja galaxií a čiernych dier, okolo ich vzniku, života i zániku
bude treba nahliadnuť ešte detailnejšie do dávnej minulosti i
prítomnosti vesmíru. Vyhliadky k tomu sú dobré. Jednou z nich je projekt
LISA (Laser Interferometer Space Antenna), satelit NASA, ktorého úlohou
bude hľadať "gravitačné vlny" vznikajúce pri zlučovaní čiernych dier.
Keby nejakú zachytil dokázalo by sa, že takéto kolosálne kolízie vo
vesmíre naozaj nastávajú. Mal by sa dostať do kozmu do roku 2008.
Ďalším tromfom v rukáve astronómov by mal byť JWST (James Web Space
Telescope), zariadenie mnohokrát prekonávajúce Hubbleov teleskop. Na
obežnú dráhu by mal byť vyslaný v roku 2010. Bude splneným snom
astronómov a kozmológov desaťročia snívajúcich o tom, že raz nazrú do
najranejších epoch viditeľného vesmíru.