Existenci zkolabovaných hvězd navrhnul anglický filosof a geolog John Michell (1724–1793) již v roce 1783, kdy se o vlivu gravitace na světlo zmínil v dopise adresovaném Henrymu Cavendishovi (ten v oné době jako první změřil gravitační konstantu). Michell správně uvažoval, že by gravitace velmi hmotných objektů mohla zabránit unikání světla. Jeho myšlenky podpořil jednoduchým výpočtem na základě newtonovské teorie francouzský matematik Pierre Simon Laplace (1749–1827) v roce 1798. Korektní výpočet velikosti takového objektu provedl na základě obecné relativity Karl Schwarzschild (1873–1916) až v roce 1916. Poloměr oblasti, ze které světlo nemůže uniknout se proto nazývá Schwarzschildův horizont. Samotné pojmenování černá díra se objevilo v roce 1967 a poprvé ho použil významný americký teoretik John Archibald Wheeler (1911–2008). Za objevitele první černé díry je považován anglický astronom Paul Murdin (*1942), který v roce 1971 ztotožnil podivný rentgenový zdroj Cyg X1 s černou dírou. Od té doby bylo objeveno obrovské množství černých děr, které jsou buď pozůstatky hvězdného vývoje, nebo jde o obří černé díry sídlící v centrech galaxií . V obou případech je zpravidla kolem černé díry akreční plyn horkého plazmatu , které padá do černé díry. Část plazmatu unikne před pádem do černé díry, je zachycena silným magnetickým polem nacházejícím se v okolí a vyvržena ve směru rotační osy v podobě dvou intenzivních výtrysků urychlených částic. I přes velmi rozsáhlý výzkum zůstávají černé díry pro většinu populace čímsi mystickým a dokonce existuje početná skupina vědců, která jejich existenci zpochybňuje. Pozorovací technika posledních let umožňuje zkoumat okolí černých děr v jejich těsné blízkosti. V letošním roce se poprvé podařilo spatřit základnu výtrysku černé díry ve vzdálenosti pouhých několika Schwarzschildových poloměrů od černé díry. Předpokládá se, že v blízké budoucnosti bude možné pozorovat dokonce stíny v okolí černých děr. Manipulační prostor pro lidi, kteří o existenci černých děr pochybují, se tak výrazně zužuje.

Simulace výtrysku v okolí černé díry. Zdroj Michael Brown, Swarthmore College.

Černé díry se nacházejí v jádrech většiny galaxií. Jde o obří černé díry (veledíry) s hmotnostmi milionů až tisíců milionů Sluncí . Některé z těchto černých děr jsou velmi aktivní, v jejich okolí se ještě nachází dostatek materiálu, který černá díra požírá. Rotující materiál tvoří kolem díry akreční disk. V něm dochází k vnitřnímu tření padající látky, ta se zahřívá a intenzivně září ve všech oborech spektra včetně rentgenového. Pokud dojde ke vzniku výtrysků, září v nich elektrony a další částice synchrotronním zářením. To vzniká při šroubovicovém pohybu nabitých částic kolem magnetických siločar. Látka výtrysku ale září i dalšími mechanizmy. Část záření pochází ze srážek nabitých částic a část fotonů původního úzce směrovaného synchrotronního záření je rozptýlena do dalších směrů. Výtrysk proto září napříč celým elektromagnetickým spektrem. Konce výtrysků vytvářejí charakteristické radiové laloky – ty vznikají interakcí vyvrhovaných částic s okolním mezigalaktickým prostředím. Pokud se díváme na aktivní galaxii ve směru výtrysku, uvidíme jasný zářící bod v rentgenovém nebo gama oboru, tzv. blazar . Z jiných směrů vidíme radiovou galaxii, kvazar nebo Seyfertovu galaxii. Ve všech případech jde o stejný objekt, pouze ho pozorujeme z jiného úhlu pohledu.

Jedním z nejsledovanějších výtrysků v historii je výtrysk z černé díry v jádře galaxie s katalogovým označením M 87. Tato galaxie se nachází ve vzdálenosti 50 milionů světelných roků od Země a je součástí kupy galaxií v Panně. Z galaxie vybíhá do prostoru dobře patrný výtrysk, jehož délka je přibližně 5 000 světelných roků. Druhý výtrysk vidět není, může to být způsobeno relativistickým potlačením intenzity výtrysku mířícího od nás. Výtrysk z galaxie M 87 byl sledován snad ve všech oborech spektra a přesto, že je podrobně zmapován, nikdy nebyla přímo pozorována oblast jeho vzniku v těsné blízkosti černé díry v centru galaxie M 87.

Výtrysk z galaxie M 87 v různých oborech spektra. Zdroj: Chandra/VLA/HST.

Detaily výtrysku z galaxie M 87. Zdroj: NASA/NRAO/STScl (J. Biretta)

Pozorování v blízkosti horizontu černých děr (zejména té v centru naší Galaxie) by měl umožnit projekt EHT (Event Horizon Telescope). Cílem tohoto ambiciózního projektu je propojit stávající radioteleskopické sítě využívající technologii VLBI do jedné jediné celosvětové sítě. Základna celosvětové sítě by byla veliká jako Země a rozlišovací schopnost by umožnila spatřit decimetrové těleso na povrchu Měsíce (pokud by zářilo v radiovém oboru). Pokud vše půjde podle plánů, projekt by mohl být dokončen v roce 2022, jeho součástí budou například sítě VLBA , EVN nebo ALMA . Již nyní tato síť budoucnosti spojuje radioteleskopy na Havaji, v Kalifornii a Arizoně. Pracovníkům observatoře Haystack Observatory in Massachusetts, která patří pod slavnou univerzitu MIT , se za pomoci rodící se sítě EHT podařilo spatřit základnu výtrysku z galaxie M 87 ve vzdálenosti 5,5 Schwarzschildova poloměru (R_g) od centrální černé díry. Pouhý fakt, že základna výtrysku byla nalezena v této vzdálenosti vypovídá o rotaci akrečního disku. Pokud by disk rotoval v opačném směru než černá díra, základna by podle teorie musela být ve vzdálenosti větší než 9 R_g, pokud by nerotoval, byla by ve vzdálenosti 7,4 R_g. Její nalezení ve vzdálenosti 5,5 R_g vypovídá o tom, že akreční disk rotuje ve shodném směru jako centrální černá díra, což odpovídá našim představám o vzniku akrečních disků kolem černých děr. Toto pozorování lze považovat za průlomové a očekává se, že v budoucnu poroste množství pozorování v těsné blízkosti černých děr, které umožní testovat Einsteinovu obecnou relativitu s zatím nedosažitelnou přesností.

Odkazy