Astronómovia (a celé ľudstvo) majú sviatok: je uvedený prvý obrázok čiernej diery. Bol vytvorený pomocou virtuálneho ďalekohľadu Event Horizon Telescope (EHT), ktorý sa skladá z niekoľkých rádiových ďalekohľadov z celého sveta. Obrázok ukazuje materiál okolo supermasívnej čiernej diery v strede galaxie vzdialenej 55 miliónov svetelných rokov. A áno, čierna diera je koncentrovaná fyzika, bláznivé gravitačné javy na pokraji možných a nemožných extrémnych podmienok (viac si môžete prečítať o tom, ako čierne diery fungujú). Existuje však niekoľko otázok.
Je čierna diera ťažko viditeľná, pretože je čierna?
Nie. To znamená, že áno. Je to pravda: čierne diery sú čierne. Zvyčajne vidíme najrôznejšie hviezdy a všetko, pretože svetlo, ktoré vyžarujú, sa dostane na naše teleskopy (alebo priamo do našich očí) a zaregistrujeme ich. Čierne diery sú skutočne čierne. Nevyžarujú viditeľné svetlo (kvôli zložitým gravitačným trikom), takže ich nemožno vidieť.
To však nie je veľký problém. Keby sme mali v našej slnečnej sústave čiernu dieru, videli by ste ju. Mali by ste vidieť zakrivenie priestoru podľa jeho prítomnosti a vidieť látku, ktorá sa točí okolo tohto lievika. Ak ste videli film Interstellar, zhruba zobrazuje vizualizáciu čiernej diery - urobilo sa to pomocou astrofyzika Kip Thorne.
Čiernu dieru je ťažké vidieť, pretože je malá. Dobre, dobre, nie také malé ako mravec. Je malá v tom zmysle, že človek je maličký, keď sa na ňu pozerá zo vzdialenosti jedného kilometra. Najlepším termínom by bola uhlová veľkosť. Ak otočíte hlavu do kruhu, získate 360-stupňový všestranný výhľad (nezabudnite však tiež otočiť svoje telo, inak si ohnete krk). Ak držíte palec na dĺžke ramena, je to uhlová veľkosť asi pol stupňa. Mesiac má približne rovnakú uhlovú veľkosť, takže ho môžete pokryť palcom.
A čo veľkosť čiernej diery? Áno, je to obrovské. Je tiež vzdialená 55 miliónov svetelných rokov. To znamená, že svetlu bude trvať 55 miliónov rokov, kým to bude tak ďaleko. Je to neuveriteľne ďaleko. Ale uhlová veľkosť nám skutočne bráni. Čierna diera (aspoň jej viditeľná časť) má uhlovú veľkosť asi 40 mikrosekúnd.
Čo je to mikrosekundy? Ako viete, kruh sa člení na stupne (a bol už dlho). Každý stupeň môže byť rozdelený na 60 oblúkových minút a každá minúta je 60 oblúkových sekúnd. Ak rozdelíte sekundu na milión častí, dostanete mikrosekundu. Pamätáte si, že uhlová veľkosť Mesiaca je 0,5 stupňa (pri pohľade zo Zeme)? To znamená, že uhlová veľkosť mesiaca je 45 miliónov krát väčšia ako veľkosť čiernej diery. Čierna diera je z hľadiska svojej uhlovej veľkosti malá.
Propagačné video:
Ale to nie je všetko. V dôsledku ohybu nevidíme veci malých uhlových rozmerov. Ak svetlo prechádza otvorom (napr. Ďalekohľadom alebo do oka), rozptýli sa. Ohýba sa takým spôsobom, že narúša zvyšné svetlo prechádzajúce otvorom. V prípade oka to znamená, že ľudia môžu rozoznať predmety s uhlovou veľkosťou asi 1 oblúková minúta.
A to tiež znamená, že na fotografii je ťažké zachytiť niečo také malé ako čierna diera.
Ako prekonať difrakčný limit?
Priznajme. Veci s malými uhlovými rozmermi sú skutočne ťažko viditeľné - ako potom môžeme vidieť materiál okolo čiernej diery? Uhlové rozlíšenie ďalekohľadu skutočne záleží iba na dvoch veciach: veľkosti otvoru a vlnovej dĺžke svetla. Použitie kratších vlnových dĺžok (napríklad ultrafialové alebo röntgenové žiarenie) poskytuje lepšie rozlíšenie. V tomto prípade však teleskop používa vlnovú dĺžku svetla v milimetrovom rozsahu. Toto je pomerne dlhá vlnová dĺžka v porovnaní s viditeľným svetlom, ktorý je v rozsahu 500 nanometrov.
A to znamená, že jediný spôsob, ako prekonať difrakčný limit, je zväčšiť teleskop. To je to, čo urobili s ďalekohľadom Horizon. V podstate ide o ďalekohľad o veľkosti Zeme. Šialenstvo, ale pravda. Zhromažďovaním údajov z viacerých ďalekohľadov v rôznych častiach sveta môžete údaje skombinovať a zmeniť ich na údaje z jedného ďalekohľadu GIANT. Je pravda, že musíte skúsiť. S touto metódou sú však tiež problémy. Tím EHT iba s niekoľkými ďalekohľadmi používa niekoľko analytických techník na vytvorenie najpravdepodobnejšieho obrazu zo zhromaždených údajov. Podarilo sa im teda „načrtnúť“materiál okolo čiernej diery.
Je to skutočná fotografia čiernej diery?
Ak sa pozriete cez ďalekohľad a uvidíte Jupitera, vlastne ho vidíte. Poznámka: Ak ste to ešte neurobili, vyskúšajte to. To je super. Slnečné svetlo sa odrazí od povrchu Jupitera a potom prejde ďalekohľadom do vášho oka. Boom. Jupiter. Je skutočný.
Ale s čiernou dierou sú veci trochu iné. Obrázok, ktorý vidíte, nie je ani vo viditeľnom rozsahu. Toto je rádiový obraz vytvorený z vlnových dĺžok svetla. Aký je rozdiel medzi rádiovými vlnami a bežným viditeľným svetlom? V skutočnosti je rozdiel iba vo vlnovej dĺžke.
Svetelné a rádiové vlny sú elektromagnetické vlny. Toto je šírenie meniaceho sa elektrického poľa spolu so meniacim sa magnetickým poľom (súčasne). Tieto vlny sa pohybujú rýchlosťou svetla - pretože sú svetlo. Pretože však rádiové a viditeľné svetlo má rôzne vlnové dĺžky, interagujú s hmotou odlišne. Ak zapnete rádio doma, dostanete signál od najbližšej rozhlasovej stanice. Tieto rádiové vlny sa pohybujú priamo cez steny. A viditeľné neprechádzajú.
To isté platí pre obrázky. Ak máte z objektu viditeľné svetlo, môžete ho vidieť na vlastné oči a zaznamenať tento obrázok na film alebo digitálny rekordér. Tento obrázok sa potom môže zobraziť na obrazovke počítača a v skutočnosti zobraziť. Takto vidíte obrázok mesiaca.
Pokiaľ ide o materiál okolo čiernej diery, nejde o viditeľný obrázok. Toto je obraz rádia. Každý pixel na obrázku predstavuje špecifickú vlnovú dĺžku, ale rádiové vlny. Oranžové časti sú nepravdivými farebnými zobrazeniami 1 milimetrovej vlny. To isté sa stane, keď chceme „vidieť“obrázok v infračervenom alebo ultrafialovom rozsahu. Tieto vlnové dĺžky musíme previesť na to, čo vidíme.
Tento záber čiernej diery teda nie je obyčajnou fotografiou.
Ilja Khel