Čierne diery odrážajú vesmír. Precízne matematické výpočty odhalili ich dlho strážené tajomstvo

Čierne diery patria medzi najzáhadnejšie a zároveň najfascinujúcejšie astronomické objekty vo vesmíre. Už niekoľko desiatok rokov sa snažíme pochopiť „správanie“ a vlastnosti týchto vesmírnych požieračov, no pravda je, že sme v podstate stále iba na začiatku.

Teraz však Albert Sneppen, študent fyziky na Inštitúte Nielsa Bohra, prišiel s presným matematickým opisom toho, ako sa v čiernych dierach „odráža“ okolitý vesmír. Na tému upozornili známe vedecké portály ako ScienceAlert a Interesting Engineering.

Miesto bez návratu

Či už sa jedná o „klasické“ čierne diery, alebo ich zväčšené sesternice v podobe supermasívnych čiernych dier, astronómov, ale i fanúšikov astronómie na týchto objektoch priťahuje najmä bod, odkiaľ niet úniku.

Horizont udalostí, prípadne miesto bez návratu, je „bod“ alebo polomer, za ktorým udalosti nemôžu ovplyvniť pozorovateľa, pretože z jeho silného gravitačného zovretia nedokáže uniknú ani svetlo. Gravitácia čiernych dier je dokonca natoľko veľká, že dochádza k modifikácii a pokriveniu samotnej časopriestorovej štruktúry.

Nicolle R. Fuller/NSF

Čím bližšie sme k horizontu udalosti čiernej diery, tým zvláštnejšie je toto „správanie“. V tesnej blízkosti horizontu udalostí sa podľa dlho akceptovaných teórii odohrávajú naozaj zvláštne veci. V tejto oblasti je gravitačné pole totiž natoľko silné, že zakrivenie časopriestoru je takmer kruhové.

NEPREHLIADNI
Dokáže človek zmeniť Mars na novú Zem? Extrémne zložitej premene bráni už len jediné obmedzenie

Vstupujúce fotóny nemajú inú možnosť, ako toto zakrivenie nasledovať, a preto sa teoretickému pozorovateľovi môže zdať, že svetlo je pokrivené a ohnuté. Toto zakrivenie môže byť tesne pred začiatkom horizontu udalostí dokonca natoľko veľké, že fotóny po tejto „zakrivenej dráhe“ neobletia len raz, ale hneď viackrát, čím sa vytvára tzv. fotónový prstenec.

V podstate to pre nás znamená asi toľko, že keď sa pozrieme na vzdialenú galaxiu za čiernou dierou, svetlo z nej, predtým ako k nám pricestuje, je vďaka gravitačnému poľu poriadne zakrivené. Čím bližšie sa pozrieme k horizontu udalostí, tým viac obrazov danej galaxie uvidíme. Tento sa efekt tiež označujeme pojmom gravitačná šošovka, čo je napríklad aj jeden zo spôsobov detekcie čiernych dier.

Konečne máme odpoveď

Vedci sa však už pred mnohými rokmi, v súvislosti s vyššie spomenutým opakujúcim sa obrazom, zaoberali tým, o koľko je potrebné sa k čiernej diere pozrieť bližšie, aby bol jeden obraz galaxie nahradený iným.

Ako uvádza portál ScienceDaily, odpoveď je známa viac ako 40 rokov a podľa súčasných matematických výpočtov by sme sa museli bližšie pozrieť o exponenciálnu funkciu 2π (e^2π), čo v ľudskej reči znamená, že sa musíme pozrieť bližšie približne 500-krát.

Výpočet tohto procesu však bol až donedávna natoľko komplikovaný, že sme nemali vyvinutú žiadnu matematickú ani fyzikálnu intuíciu, prečo je to práve tento faktor. Vďaka novej štúdii Alberta Sneppena, publikovanej v periodiku Scientific Reports, je však tento problém vyriešený.

NEPREHLIADNI
Ruská raketa, ktorá letela dolu hlavou a spôsobuje kyslé dažde. Proton zvládol stovky úspešných letov – ako vôbec vznikol?

Sneppenovi sa matematickými trikmi podarilo „preformulovať trajektóriu svetla a kvantifikovať jeho lineárnu stabilitu pomocou diferenciálnych rovníc druhého rádu“, uvádza portál ScienceAlert.

Ukázalo sa, že jeho riešenie nielenže matematicky popisuje, prečo sa obrazy opakujú vo vzdialenosti e^2π, ale tiež to, že táto „opakujúca sa veľkosť“ závisí od rotácie. Výsledky štúdie naznačujú, že čím rýchlejšie sa čierna diera otáča, tým menšie stačí priblíženie k čiernej diere.

„Ukázalo sa, že keď sa otáča skutočne rýchlo, nemusíme sa už viac približovať čiernej diere o faktor 500, ale o podstatne menej. V skutočnosti je každý obraz teraz iba 50; 5, alebo dokonca len 2-krát bližšie k okraju čiernej diery“, cituje Sneppena portál ScienceAlert.

Veľmi sa však ešte neteš, spozorovať to v praxi bude ešte poriadne tvrdý oriešok. Jedného dňa by ale boli takéto obrazy pozorovateľné v tesnej blízkosti čiernej diery dokonalé pre štúdium časopriestoru, ale tiež objekty za ním.

Čítajte viac z kategórie: Novinky