Fyzikové konečně potvrdili Einsteinovu ohromující předpověď o černých dírách

V novém článku byla odhalena podrobná mechanika toho, jak hmota padá na černou díru zpoza horizontu událostí. Jak předpovídá Einsteinova teorie gravitace, existuje bod, ve kterém hmota přestane obíhat kolem černé díry a padá přímo dolů, prudce se řítí za bod, odkud není návratu.

Nyní jsme v rentgenových datech z aktivní černé díry konečně získali důkaz, že tato „klesající oblast“ existuje. „Einsteinova teorie předpovídala, že tento závěrečný propad bude existovat, ale je to poprvé, co se nám podařilo prokázat, že k němu dochází,“ říká teoretický fyzik Andrew Mummery z Oxfordské univerzity ve Velké Británii.

„Představte si to, jako když se řeka mění ve vodopád – dosud jsme se dívali na řeku. Toto je náš první pohled na vodopád.“ Hmota na své cestě k černé díře nepostupuje po přímce. Krouží kolem, jako když voda víří, spirálovitě se stáčí, neúprosně směřuje k odtoku. To není plané přirovnání, je tak výstižné, že vědci používají vířící vodní víry ke studiu prostředí kolem černých děr.

Studium samotných černých děr je poněkud složitější, protože časoprostor kolem nich je extrémně pokřivený. Albert Einstein však již před desítkami let ve své teoretické práci předpověděl, že v určité blízkosti černé díry se hmota již nebude moci pohybovat po stabilní kruhové dráze a bude padat přímo dolů, jako voda přes okraj onoho analogického odtoku.

Není důvod se domnívat, že tomu tak není, hmota musí horizont událostí nějak překročit a Einsteinova teorie gravitace obstála při zkoumání ve všech směrech, ale astrofyzikové si nebyli jisti, zda bychom to byli schopni detekovat.

Práce Mummeryho a jeho kolegů měla více částí. Jednou z nich byl vývoj numerických simulací a modelů, které zobrazují oblast zanoření, aby odhalily druh světla, které vyzařuje. Poté potřebovali pozorovací důkazy, které by obsahovaly stejné vyzařování zanořující se oblasti.

Dotyčná černá díra se nachází v systému vzdáleném asi 10 000 světelných let a nazvaném MAXI J1820+070. Tento systém obsahuje černou díru o hmotnosti asi 8,5krát větší než hmotnost Slunce a dvojhvězdu, která je jejím průvodcem, z níž černá díra při oběhu dvojice objektů strhává materiál a přitom se živí záblesky, které se projevují jako blikání rentgenového záření.

Astronomové sledují tuto černou díru, aby lépe porozuměli jejímu chování, a proto měli vědci přístup k velmi kvalitním datům získaným pomocí rentgenových přístrojů NuSTAR a NICER na nízké oběžné dráze Země. Zaměřili se zejména na výbuch, který se odehrál v roce 2018.

Předchozí studie zaznamenaly, že při pozorování tohoto vzplanutí byla zjištěna dodatečná záře, kterou nebylo možné zcela vysvětlit. Studie z roku 2020 předpokládá, že tato záře může vznikat v nejvnitřnější stabilní oblasti kruhové dráhy, tedy v zóně zanoření. Mummery a jeho kolegové tuto záři studovali obzvlášť pečlivě a zjistili, že se shoduje s emisemi, které odvodili ze svých simulací.

To podle vědců konečně bezpochyby potvrzuje existenci zanořující se oblasti a dává nám novou sondu do extrémního gravitačního režimu v oblasti bezprostředně za horizontem událostí černé díry. „Skutečně vzrušující je, že v galaxii je mnoho černých děr a my nyní máme novou výkonnou techniku, jak je využít ke studiu nejsilnějších známých gravitačních polí,“ říká Mummery.

„Věříme, že to představuje vzrušující novinku ve studiu černých děr, která nám umožní prozkoumat tuto poslední oblast v jejich okolí. Teprve pak budeme moci plně porozumět gravitační síle. K tomuto závěrečnému propadu plazmatu dochází na samém okraji černé díry a ukazuje, že hmota reaguje na gravitaci v její nejsilnější možné podobě.“

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: youtube.com, courses.lumenlearning.com