Černé díry se staly fenoménem konce 20. století. Ukázalo se, že nejde o výjimečné objekty z per spisovatelů sci-fi a že ve vesmíru existuje nejen veliké množství hvězdných černých děr, které vznikaly z velmi hmotných hvězd v závěrečných fázích jejich vývoje, ale i obřích černých děr, které jsou součástí jader galaxií. O existenci zkolabovaných objektů, ze kterých nemůže uniknout ani světlo, uvažoval poprvé již John Michell již v roce 1783 a hodnotu poloměru těchto těles odvodil z newtonovské mechaniky Pierre Laplace v roce 1798. Skutečné řešení gravitačního pole v okolí takového objektu nalezl z obecné relativity německý fyzik Karl Schwarzschild v roce 1916. Pojmenování černá díra pochází od Johna Archibalda Wheelera a je až z roku 1967. První černá díra, kde nebylo pochybností, o jaký objekt jde, byla objevena Hubbleovým vesmírným dalekohledem v roce 1992. Šlo o obří černou díru v centru eliptické galaxie NGC 4261, v jejímž okolí byly dokonce objeveny v roce 1995 teoreticky předpovězené turbulence látky. Nastala éra objevů mnoha černých děr. Dnes jde jejich počet do tisíců a černé díry se pro astronomy staly zcela běžnými objekty ve vesmíru.
|
Černá díra – zkolabovaný objekt, ze kterého nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v závěrečných fázích vývoje, jiné, obří černé díry, sídlí v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky vznikající v bezprostředním okolí černé díry velmi intenzivně vyzařují. Chandra – družicová observatoř NASA zkoumající vesmír v rentgenovém oboru. Byla vypuštěna v roce 1999. Na palubě observatoře je rentgenový dalekohled o průměru 1,2 m a ohniskové délce 10,05 m, tvořený čtyřmi soubory souosých paraboloidněhyperboloidních zrcadel o délce 0,85 m, se zorným polem o průměru 1,0° a s rozlišením 0,5". SWIFT – The Swift Gamma-Ray Burst Explorer. Gama observatoř NASA, která byla vynesena na nízkou oběžnou dráhu 20. 11. 2004 pomocí nosné rakety DELTA 7320. Družice je především určena pro pozorování záblesků gama. Řádově sekundy po detekci záblesku je schopna předat data o poloze pozemským observatořím, které mohou zkoumat dosvit záblesku a hledat případný optický protějšek. Hlavní přístroj BAT (Burst Automatic Telescope) v oboru 15÷150 keV je doplněn RTG dalekohledem XRT (X-Ray Telescope) v oboru 0,3÷10 keV a UV/V dalekohledem UVOT (UV/Optical Telescope) v oboru 170÷650 nm. |
 |
| První prokázaná černá díra se nachází v centru eliptické galaxie NGC 4261. Tato galaxie ze souhvězdí Panny je vzdálená 108 světelných roků. Levá fotografie je kombinací pozemských snímků z vizuálního a radiového oboru a zabírá ve vodorovném směru oblast 88 000 světelných roků. Pravý snímek z pochází z roku 1995 a zabírá oblast pouhých 400 světelných roků. Hmotnost této černé díry se odhaduje na 1,2×1012 MS. Zdroj: NASA/HST. |
| Typická černá díra |
Samozřejmě, že typická černá díra neexistuje a každá nalezená černá díra má své zvláštnosti. Podle velikosti můžeme černé díry rozdělit přibližně do dvou skupin. První skupinu tvoří hvězdné černé díry, které vznikají jako pozůstatky po hvězdném vývoji velmi hmotných hvězd, jejichž gravitačnímu hroucení nemůže zabránit ani kvantový tlak elektronů, neutronů či kvarků. Do druhé skupiny řadíme galaktické černé díry, které tvoří jádra mnoha galaxií. Byly však nalezeny i černé díry středních hmotností, kterých je ale velmi malý počet.
Jak vypadá hvězdná černá díra? Jejím nitrem je oblast pod tzv. Schwarzschildovým poloměrem. Z této oblasti nemůže uniknout světlo ani žádné jiné částice. Aby nastal tento jev u Slunce, museli bychom ho stlačit na poloměr pouhých tří kilometrů. Pro Zemi činí Schwarzschildův poloměr 9 milimetrů. Typická černá díra rotuje a kolem ní se vytváří oblast, kterou nazýváme ergosféra. Z té může světlo uniknout ve směru rotace černé díry, nikoli však proti směru rotace. Hranici ergosféry nazýváme statickou mezí. Hvězdné černé díry, které pozorujeme, jsou většinou součástí dvojhvězd (jinak bychom se o jejich existenci těžko dozvěděli). Materiál druhé složky padá na černou díru a kolem ní vytváří tlustý akreční disk. Obdobné akreční disky se vytvářejí i kolem galaktických černých děr, zde jde o materiál okolních hvězd v galaktickém jádře. Materiál padající do černé díry je urychlován a zahříván a velmi intenzivně září ve všech oborech spektra. Paradoxně jsou tak černé díry nejzářivějšími objekty ve vesmíru. Část materiálu akrečního disku opouští oblast kolem černé díry v podobě výtrysků částic urychlených na relativistické rychlosti. Tyto výtrysky míří v ose rotace černé díry a jsou brzděny okolním prostředním. Na jejich koncích se vytvářejí typické radiové skvrny. Ze Země zpravidla vlivem geometrie vidíme jen jeden z výtrysků.
 |
| Rotující černá díra |
 |
| Typická hvězdná černá díra je součástí dvojhvězdy, ze které na ni přetéká látka. Kolem černé díry se vytvoří akreční disk (červeně), oblasti látky unikající z akrečního disku (žlutě) a typické výtrysky ve směru rotační osy (modře). Zdroj: Russel Kightley Media. |
| Černé díry – extrémy a prvenství |
25. dubna 1998 byl v galaxii ESO 184 G82, vzdálené 120 milionů světelných roků, pozorován gama záblesk GRB 980425. Záblesk byl nejprve spatřen sondou BeppoSAX 25. 4. 1998 a o den později, 26. 4. 1998, byl nalezen optický protějšek (hvězda 15. magnitudy) Anglicko-australskou observatoří na Mt. Stromlo. Spektrum objektu bylo pořízeno na Mt. Stromlo 1. 5. 1998, šlo o supernovu typu Ib. S největší pravděpodobností byl poprvé v historii zaznamenán vznik černé díry.
Nejbližší černé díry jsou hvězdné černé díry v naší Galaxii. Některé z nich se chovají jako zmenšeniny vzdálených kvazarů. K nejbližším patří černá díra, která je složkou dvojhvězdy s vizuálním průvodcem V4641. Od Země je vzdálená pouhých 1 600 světelných roků ve směru souhvězdí Střelce. Hmotnost této černé díry leží v rozmezí 3÷10 MS. Objekt byl objeven v roce 2000. Nejbližší galaktickou černou dírou je černá díra v jádru naší Galaxie. Označuje se jako objekt Sag A a září ve všech oborech spektra. Kolem této černé díry rotuje mnoho hvězd vytvářejících hvězdokupu. Hmotnost centrální černé díry Galaxie se odhaduje na 2,6×106 MS.
Nejtěsnější detekovaná dvojice galaktických černých děr se nachází v centru eliptické radiogalaxie 0402+379 ve vzdálenosti 750 milionů světelných roků od Země v souhvězdí Persea. Jde pravděpodobně o pozůstatek srážky dvou galaxií, z nichž každá měla v centru svou černou díru. Nyní tyto černé díry obíhají kolem společného těžiště ve vzdálenosti pouhých 24 světelných roků. Oběžná doba činí 150 000 let. Objeveny byly sítí radioteleskopů VLBA v roce 2006. Podle zákonů současné teorie gravitace tyto černé díry v daleké budoucnosti musí nutně splynout a nic tomuto jejich osudu nezabrání. Přitom dojde k obřímu gama záblesku a generování velmi silných gravitačních vln.
Nejhmotnější hvězdná černá díra byla objevena v letošním roce (2007) rentgenovou observatoří Chandra a gama observatoří SWIFT. Jde o dvojhvězdu X-1 nacházející se v trpasličí galaxii IC-10 vzdálené 2,8 milionu světelných roků ve směru souhvězdí Kasiopeji. Jednou složkou je velmi horká Wolfova-Rayetova hvězda a druhou černá díra s hmotností odhadovanou na 24÷33 MS. Dosavadní rekord držela černá díra z galaxie M 33 v souhvězdí Trojúhelníku, která byla objevena v říjnu 2007 a měla hmotnost 16 MS.
 |
| Trpasličí galaxie IC 10, ve které byla nalezena dosud nejhmotnější hvězdná černá díra. Zdroj: Two Micron All Sky Survey. |
