Co je to černá díra? Fascinující objekty vesmíru

Černé díry jsou fascinující objekty vesmíru. Jsou to oblasti prostoru, kde je gravitace tak silná, že z nich nevypouští nic, dokonce ani světlo. Proto je nemůžeme přímo pozorovat. Obecné teorie relativity předpověděla černé díry poprvé teoreticky, i její alternativy. Fantazií existují, pochyboval o nich i Albert Einstein.

Jak vznikají černé díry?

Hmotné černé díry od té doby vzniklo kolapsem běžné hmoty. Některé černé díry vznikly už od vzniku vesmíru velkým třeskem. Hmotné hvězdy mohou zkolabovat. Může do černé díry nadále padat prostor, třeba pozůstatky velkých hvězd. Fungují jako „vesmírné vysavače“, končí v nich stále více hmoty a jejich hmotnost roste.

Horizont událostí

Pokud hmota padá do černé díry, pro oblast zvanou horizont, už pro ni neexistuje cesty zpět. Vnější horizont událostí je nejdůležitější hranicí černé díry. Je to hranice, za kterou se žádná informace ani hmota nemůže dostat zpět - cokoliv, co ji překročí, je nevratně pohlceno černou dírou. Vnitřní horizont událostí funguje jako taková hranice kauzality, kde se mění vlastnosti prostoročasu. Časoprostor přestává být předvídatelný a běžné fyzikální zákony selhávají. Hypoteticky společně s kerrovou singularitou mohou tyto dvě struktury vést právě k cestování prostorem do jiných vesmírů.

Singularita

Jak již bylo uvedeno, singularita nerotující černé díry je bodová, tedy má nulový objem. Situace se však mění v případě rotující černé díry, která má nenulový úhlový moment hybnosti. Přítomnost prstencovivé singularity otevírá teoretickou možnost existence průchodu skrze černou díru, tzv. kusy“.

Vlastnosti černých děr

Podle no-hair teorému stačí k úplnému fyzikálnímu popisu černé díry pouze tři veličiny - její hmotnost, moment úhlové hybnosti a elektrický náboj. díra definována pouze hmotností, nábojem a spinem. Osově symetrickou černou díru přišel Roy Kerr. Schwarzschildovým sféricky symetrickým řešením z roku 1915 je odlišné od Schwarzschildova.

Čtěte také: Odpadkový koš KIS Chic Bin 10l - recenze

I když černou díru nevidíme přímo, dokážeme se o ní hodně dozvědět z toho, jak se chová hmota okolo ní. Například plyn, který do ní padá, se při tom silně zahřívá a začne zářit - zejména v rentgenovém oboru. Tento plyn tvoří tzv. akreční disk, který orbituje kolem díry v diskové struktuře. Když se na tohle záření podíváme pomocí speciálních přístrojů (spektrometrů), uvidíme, že některé barvy světla se posouvají - podobně jako když se mění zvuk sanitky, která se k nám blíží a pak odjíždí. Tento efekt se nazývá Dopplerův jev. Z těchto spektrálních čar můžeme zjistit, jak rychle se disk točí, a tím i to, jestli se černá díra otáčí a jak moc.

Hawkingovo záření

V roce 1972 Stephen Hawking dokázal, že se plocha horizontu událostí nemůže zmenšit. Pokud má černá díra určitou míru entropie, musí mít i svoji teplotu. Ve vakuu probíhá ve velmi krátkých časových periodách neustálé vytváření a zanikání virtuálních částic, což jsou páry „částice-antičástice“. Tento jev je možný díky Heisenbergově relaci neurčitosti. Představme si, že dojde ke vzniku virtuální částice v blízkosti horizontu událostí černé díry. V tomto místě je velmi velká šance, že jedna částice z virtuálního páru spadne pod horizont událostí a není schopna zpětně anihilovat s příslušnou antičásticí. Z virtuální částice se stává částice reálná a ta se může vzdálit do „bezpečné“ vzdálenosti od černé díry.

Černá díra vytváří kladnou a druhý zápornou energii. Ten s kladnou energií je emitován do prostoru, zatímco ten se zápornou energií je emitován do černé díry. Má za následek stálý tok energie ven z černé díry, tzv. záření. Černé díry se tak postupně vypařují.

Významným rozdílem mezi Hawkingovým zářením a zářením absolutně černého tělesa (AČT) je ten, že záření AČT má v přírodě statistický charakter a Planckovu vyzařovacímu zákonu odpovídá pouze jeho průměrná hodnota. Hawkingovo záření odpovídá zmíněnému zákonu přesně. Záření AČT tedy obsahuje informace o tělese, které ho vyzářilo, kdežto u Hawkingova záření tomu tak není. Platí, že čím větší hmotnost černé díry, tím menší je její teplota. Například černá díra o hmotnosti 6 MS má teplotu K. Intenzita vyzařování tedy závisí na hmotnosti (ploše horizontu událostí). Černá díra s menší hmotností se bude „vypařovat“ rychleji, neboť v jejím případě virtuální částice urazí menší vzdálenost při přeměně na částici reálnou.

Experimentální ověření Hawkingova záření

Přímé pozorování Hawkingova záření z astrofyzikálních černých děr je mimořádně obtížné, protože jejich teplota je nižší než teplota kosmického mikrovlnného pozadí. Proto vědci hledají alternativní způsoby, jak tento jev ověřit. Jedním z přístupů je vytváření tzv. „umělé“ černé díry. V roce 2016 izraelský fyzik Jeff Steinhauer vytvořil v laboratoři akustickou černou díru pomocí Bose-Einsteinova kondenzátu ultrachladných atomů rubidia-87. V tomto prostředí se mu podařilo pozorovat kvantově provázané páry fononů, které jsou považovány za analogii Hawkingova záření. Tento experiment byl významným krokem k experimentálnímu ověření teoretických předpovědí.

Čtěte také: Odpadkový koš Flip Bin: Recenze a výhody

• Akustické černé díry: vytváří vodopád. šíření vlnění v pohybujícím se médiu. akustický fonon, tedy kvazičástici zvukového pole. záření. kondenzát pomalu, na straně nižší energie se ale tok zrychluje. fononů. záření z umělé černé díry se dvěma horizonty. do černé díry.
• Optické analogy: Další skupiny vědců, například z Weizmannova institutu v Izraeli, využívají optická vlákna k simulaci černých děr. V těchto experimentech se vytvářejí podmínky, které umožňují pozorovat jevy podobné Hawkingovu záření, například prostřednictvím změn indexu lomu v optickém médiu. Tyto laboratorní simulace poskytují cenné poznatky o kvantových aspektech černých děr a přispívají k lepšímu pochopení Hawkingova záření.

Zkoumání černých děr a jejich okolí

Vědci se domnívají, že nejpravděpodobnějším vysvětlením těchto výronů je působení druhé, menší černé díry, která obíhá kolem centrální supermasivní černé díry a každých 8,5 dne vyvrhuje materiál z plynného disku rotujícího kolem větší černé díry. Signál se podobal tomu, co astronomové pozorují, když obíhající planeta přejde před svou hostitelskou hvězdou a na krátkou dobu zablokuje její světlo. Podle teoretických propočtů Vladimíra Karase a jeho spolupracovníků z poloviny 90. let může tato sekundární černá díra na své oběžné dráze pravidelně prorážet disk primární černé díry a tím opakovaně vyvolávat jeho nestability. Přitom z disku vytlačí chuchvalce plynu, jako když včela prolétá oblakem pylu. Silná magnetická pole na “sever” a na “jih” od černé díry pak mohou tento chuchvalec vystřelit nahoru a ven z disku. Pokaždé, když menší černá díra proletí diskem nadzvukovou rychlostí, vyvrhne další chuchvalec v pravidelném, periodickém rytmu.

Český tým intenzivně spolupracoval s Dheerajem Pashamem z MIT na porovnání výsledků numerických simulací s pozorovanými daty. To, co zjistili, teorii podporuje: pozorované poklesy rentgenové intenzity byly pravděpodobně stopou druhé, menší černé díry, která obíhá kolem centrální supermasivní černé díry a pravidelně proráží její disk.

Vědci předpokládají, že v prosinci 2020 se třetí objekt - pravděpodobně blízká hvězda - příliš přiblížil k centru a byl rozmetán na kusy obrovskou gravitací supermasivní černé díry - událost, kterou astronomové znají jako slapový rozpad. Náhlý přísun hvězdného materiálu na pár týdnů rozjasnil akreční disk černé díry. Během čtyř měsíců černá díra hodovala na hvězdných zbytcích, zatímco druhá černá díra ji stále obíhala a pokaždé, když proletěla diskem, vyvrhla mnohem větší chuchvalec než obvykle.

Souputníci superhmotných černých děr také postupně spirálují do centra galaxie a vyzařují přitom gravitační vlny. Za zhruba jedenáct let přitom Evropská kosmická agentura pošle do vesmíru nový gravitačně-vlnový detektor LISA, který takové vlny bude měřit. K hledání podobných systémů, v nichž menší černá díra interaguje s akrečním diskem rotujícím kolem centrální supermasivní černé díry, by měl přispět i plánovaný první český kosmický UV dalekohled QUVIK.

Gravitační vlny a černé díry

Deformací prostoročasu, jež je způsobena přítomnou hmotou. obou složek v důsledku vyzařování gravitačních vln. složek. zaznamenány pomocí pozemského detektoru. nesmírně slabá, menší než 10-21. interpretovat tak nepatrné změny vzdáleností je opravdový vědecký a technický zázrak. hmotnosti Slunce. díra hmotnosti 62 Sluncí. než 50 let. data) je proto významnou vědeckou událostí prvního řádu.

Čtěte také: Šedé koše - recenze a hodnocení

Pole, které černé díry, definované jejich horizontem, popisují. Nás zajímají vlastnosti idealizovaných černých děr. Ty hledáme a exaktními metodami zkoumáme. Takzvaných kvadratických gravitací. Dodatečné parametry. Teorii. Se sebou samým. Vědeckého výsledku. Kvadratické gravitace. Sferické vakuové řešení v Einsteinově teorii gravitace. Teorém neplatí. Vyřešení rovnic gravitačního pole pomocí tzv. Bachova tenzoru. Klíčové role Bachova tenzoru. Zjednodušit a pak i kompletně vyřešit. Černou díru. Říkáte, že studujete hypotetické objekty. Astrofyzikálních černých děr. Zobecněných teorií gravitace. Elektromagnetických nebo gravitačních vln, určitě ne v dohledné době. Mikroskopické černé díry tohoto typu na kvantové úrovni.

Kvantová gravitace

Gravitace. Nemáme. Relativitu) a kvantovou teorii. Nedosáhla. Deformací prostoročasu. Já osobně se na formulování teorie kvantové gravitace nepodílím. Obecné teorie relativity. Gravitačních vlnách i historii fyziky. Odpověď na tuto otázku má v zásadě dva aspekty. Předpoklady matematických vět, které k tomuto odvození použil. Jiná a mnohem vážnější otázka je, zda teoretik použil správnou teorii! Předpovědích. Newtonova mechanika, Maxwellova elektrodynamika, Einsteinova speciální a obecná relativita, kvantová mechanika a kvantové teorie pole.

V tomto ohledu jsem docela skeptický. Jsem právě vyjmenoval. A co by je všechny zastřešovalo a překonávalo. Principy a důsledky. Dimenzi anebo postulování supersymetrie. Prokázáno experimentálně a v dohledné době nejspíš nebude. Světa. Prostoru a času. Kvantování gravitace tudíž znamená kvantování prostoru a kvantování času. Malá vzdálenost ani nekonečně krátký časový interval. Zvyklí z každodenního života. Hluboko v mikrosvětě se ocitáme v neprostoru a v bezčasí. Pravděpodobnostmi. Způsobem vynořuje náš makroskopický svět. Nevíme.

Historie konceptu černých děr

Černé díry jsou obvykle vnímány jako objev 20. století. Anglický kněz z 18. století. John Michell se narodil 25. vyučoval. Leedsu. Schopnosti a zmiňují ho jako vynikajícího filozofa. Univerzitní kariéry. Vědecké úvahy Johna Michella se ubíraly různými směry. Klesá s druhou mocninou vzdálenosti. Seismologie. Společnosti. Experimentálního zařízení pro měření gravitační síly. Skupin hvězd, než odpovídá náhodnému rozdělení. Svém pojednání podal první důkaz dvojhvězd a hvězdokup. Časopise Královské společnosti z listopadu roku 1783. Dnešními astronomy používané pro nepřímou detekci černých děr v rentgenové oblasti spektra. Myšlenky o několik staletí předběhly svou dobu. Úvahy vesnického faráře Johna Michella obstály v testu časem. Jeho pojem tmavé hvězdy byl zapomenut, revoluční objevy fyziky 20. učinily koncept, dnes známý jako černá díra, téměř běžným. Astronomickou společnost fyzikem Johnem Wheelerem. Spisů v 70. letech 20.

Prof. RNDr. Jiří Podolský, CSc., DSc. Vystudoval teoretickou fyziku na Matematicko-fyzikální fakultě UK. Mexico v USA. Jmenován profesorem. Gravitační záření, černé díry nebo kosmologické modely. Monografií. Časopis Physical Review Letters. Získal několik ocenění, mj. nadace (1998) a Cenu děkana MFF UK za nejlepší monografii (2009). Výzkumu a výuky se věnuje také popularizaci vědy. Relativitě, gravitačních vlnách i historii fyziky. Překládá populárně-naučnou literaturu z oblasti teoretické fyziky a astronomie.

zabývajících se aplikacemi Einsteinovy teorie v astrofyzice, kosmologii a teoretické fyzice se skupina systematicky věnuje také popularizaci. - prof. 28. Opakující se “škytání” je nové chování, které dosud nebylo u superhmotných černých děr pozorováno. Zjištění týmu vyplynula z automatické detekce provedené systémem ASAS-SN (All Sky Automated Survey for SuperNovae), což je síť 20 robotických dalekohledů umístěných na různých místech severní a jižní polokoule. Navedl NICER k pozorování vzdálené galaxie, která v té době stále ještě intenzivně zářila. Vzplanutí trvalo asi čtyři měsíce, než pohaslo. Během této doby NICER denně s vysokou kadencí prováděl měření rentgenového záření galaxie.

tags: #matfyz #co #je #to #cerna #dira

Oblíbené příspěvky:

• Pepřovník opojný a zrak orla
• Krkonošská flóra a neživá příroda
• Recyklace papírových ubrousků v Česku
• Průvodce výběrem košů na tříděný odpad
• Pohodlí a styl pro dobrodružství v přírodě