Najhoršia nočná mora astronómov je skutočná, môže roztrhať planéty a hviezdy

Astronómovia už dlhé desaťročia predpokladali, že čierne diery nemusia byť vždy poslušne pripútané k centrám galaxií. Najnovšie pozorovania však po prvý raz presvedčivo ukazujú, že vo vesmíre skutočne existujú osamelé, takzvané „utekajúce“ čierne diery, ktoré sa pohybujú medzigalaktickým priestorom obrovskými rýchlosťami.,

Nejde pritom o exotickú hypotézu na hrane sci-fi, ale o dôsledok dobre známej fyziky všeobecnej teórie relativity a dnes už aj o jav, ktorý zanecháva pozorovateľné stopy, píše ScienceAlert.

Uvoľnenie nebezpečných objektov

Kľúč k pochopeniu tohto fenoménu siaha až do 60. rokov minulého storočia, keď Roy Kerr našiel presné riešenie Einsteinových rovníc pre rotujúce čierne diery. Práve toto riešenie ukázalo, že čierna diera je prekvapivo jednoduchý objekt: úplne ju opisujú len tri veličiny, ktorými sú hmotnosť, rotácia a elektrický náboj.

Zároveň však odhalilo niečo oveľa dramatickejšie. Rotácia čiernej diery v sebe môže niesť obrovské množstvo energie. V extrémnom prípade môže až približne tretina jej celkovej hmotnosti existovať vo forme rotačnej energie, čo je priamy dôsledok vzťahu medzi hmotnosťou a energiou, ktorý vyjadril Einstein rovnicou E = mc².

Roger Penrose si už pred polstoročím uvedomil, že táto rotačná energia nie je navždy uväznená za horizontom udalostí. Rotujúca čierna diera sa správa ako kozmická batéria, z ktorej možno za určitých podmienok energiu „vyťažiť“. To znamená, že dve zrážajúce sa čierne diery môžu pri splynutí uvoľniť viac energie než hviezda rovnakej hmotnosti počas celého svojho života a to v priebehu niekoľkých sekúnd.

Dlhé roky išlo len o teoretické úvahy podporené náročnými numerickými simuláciami. Tie ukázali, že ak majú zrážajúce sa čierne diery vhodne orientované osi rotácie, vyžarovanie gravitačných vĺn nemusí byť symetrické. Energia sa potom odnáša prednostne jedným smerom a výsledná čierna diera dostane prudký spätný „kopanec“. V extrémnych prípadoch môže byť doslova vystrelená rýchlosťou tisícok kilometrov za sekundu, čo je dosť na to, aby opustila svoju materskú galaxiu.

Potvrdenie prišlo nepriamo

Zlom prišiel v roku 2015, keď detektory LIGO a Virgo začali zachytávať gravitačné vlny zo zrážok čiernych dier. Okrem samotných signálov splynutia vedci pozorovali aj takzvané doznievanie, akési gravitačné „zvonenie“ novovzniknutej čiernej diery.

Dĺžka a charakter tohto zvonenia priamo súvisí s jej rotáciou. Postupne sa ukázalo, že mnohé dvojice čiernych dier majú náhodne orientované osi rotácie a zároveň nesú extrémne veľkú rotačnú energiu. To presne zodpovedá podmienkam, pri ktorých môžu vznikať silné spätné rázy.

Samotné potvrdenie existencie osamelých čiernych dier však prišlo až nepriamo, cez ich vplyv na okolie. Menšie objekty tohto typu sú prakticky neviditeľné, no supermasívne čierne diery s miliónmi či miliardami hmotností Slnka nedokážu preletieť galaxiou bez následkov. Ich gravitácia stláča plyn, narúša dráhy hviezd a spúšťa vznik nových hviezd pozdĺž svojej dráhy. Výsledkom sú dlhé, prekvapivo rovné pásy hviezd, ktoré vyzerajú ako kondenzačné stopy lietadla na oblohe.

Mark Myers, ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav)

Práve takéto útvary sa v posledných rokoch podarilo zachytiť. Snímky z vesmírneho teleskopu James Webb odhalili v extrémne vzdialenej galaxii jasný hviezdny pás dlhý približne 200-tisíc svetelných rokov. Analýza naznačuje, že ho vytvorila čierna diera s hmotnosťou asi desať miliónov Sĺnk, ktorá sa galaxiou rútila rýchlosťou blízkou tisícke kilometrov za sekundu. V bližšej galaxii NGC 3627 zas vedci identifikovali kratšiu, no stále výraznú stopu dlhú 25-tisíc svetelných rokov, zodpovedajúcu čiernej diere s hmotnosťou okolo dvoch miliónov Sĺnk.

Ak dokážu takto „utekať“ supermasívne čierne diery, fyzika neponúka dôvod, prečo by to nemohli robiť aj ich menšie príbuzné. Pozorovania gravitačných vĺn naznačujú, že vhodné kombinácie rotácií sú pomerne bežné. Niektoré čierne diery tak môžu dosahovať rýchlosti porovnateľné s percentom rýchlosti svetla a pohybovať sa medzi galaxiami po takmer priamych trajektóriách, namiesto poslušného obiehania okolo galaktických centier.

Myšlienka, že by sa osamelá čierna diera mohla objaviť aj v Slnečnej sústave, znie desivo, no v praxi ide o extrémne nepravdepodobný scenár. Vesmír je obrovský a takéto objekty sú stále mimoriadne zriedkavé.

Čítajte viac z kategórie: Novinky