Hvězdy, černé díry a galaxie
Přihlásit se
Hvězdy, černé díry a galaxie (10/18) · 9:29

Supertěžké černé díry Vznikají supertěžké černé díry z „obyčejných“ černých děr?

Navazuje na Měřítka ve vesmíru.
V předchozích videích o masivních hvězdách a černých dírách jsme se naučili, že pokud je zbytek masivní hvězdy dostatečně hmotný, tak je gravitační síla silnější než tlak degenerovaného elektronového plynu, dokonce více než tlak degenerovaného neutronového plynu, a dokonce více než tlak degenerovaného kvarkového plynu a všechno se zhroutí do jednoho bodu. Těmto bodům říkáme „černé díry". A naučili jsme se, že kolem těchto černých děr se nachází horizont událostí. A pokud se něco přiblíží k hranici horizontu událostí nebo za ni, neexistuje způsob, jak by tento objekt z černé díry unikl. Může se jedině více a více přibližovat černé díře. Zahrnuje to i světlo, což je důvod, proč se tomu říká černá díra. Ačkoli je všechna hmota v samotném středu celé této oblasti nebo uvnitř celého povrchu horizontu událostí – nakreslím to fialově, ačkoli by to mělo být černé – tak se celý povrch jeví černě. Nevyzařuje světlo. Těmto typům černých děr, které jsme popsali, říkáme stelární černé díry. A to proto, že jsou tvořeny zhroucením masivní hvězdy. A největší stelární černé díry, které jsme pozorovali, jsou řádově zhruba třiatřicetkrát hmotnější než Slunce. Jsou vážně velmi masivní, to si musíme uvědomit. A takový musí být zbytek takovéto hvězdy. Mnohem více hmoty původní hvězdy mohlo být odhozeno při výbuchu supernov. Existuje i další kategorie černých děr, poněkud záhadná. Jsou to supermasivní (superhmotné) černé díry. Svým způsobem není slovo „super" dostačující. Nejsou jen o trochu hmotnější než stelární černé díry, jsou o hodně hmotnější. Jsou v řádu stovek tisíců až miliard hmotnější než Slunce. Stotisíckrát až miliardkrát hmotnější než naše Slunce. Zajímavé na nich je to, kromě toho, že jsou to neskuteční obři, že mezi nimi a stelárními neexistuje jiný typ černých děr. Alespoň jsme žádný takový neobjevili. Největší stelární černé díry jsou třiatřicetkrát větší než Slunce. A pak jsou zde tyto supermasivní černé díry, které podle nás existují. A máme za to, že existují hlavně v centrech galaxií. A myslíme, že většina, možná dokonce všechny galaxie, mají ve svém středu jednu takovou supermasivní černou díru. Je to docela zajímavá otázka: Pokud by všechny černé díry vznikaly zhroucením hvězd, neměly by černé díry existovat v různých velikostech? Jedna teorie, jak tyto masivní černé díry vznikají, tvrdí, že na začátku je běžná stelární černá díra a je v oblasti, kde se všude kolem nachází spousta hmoty. Tak si představte, že máte běžnou černou díru. Nakreslím kolem ní horizont událostí. Černá díra je uprostřed toho všeho, respektive její hmota je uprostřed. A postupem času prostě tato černá hmota pohlcuje stále víc a víc hmoty. Stále víc a víc hmoty padá do této černé díry a ta následkem toho roste. Toto by mohl být docela přesvědčivý důvod... Přinejmenším hmota v jejím středu roste. A tudíž bude růst poloměr horizontu událostí. Toto je vzhledem k našim současným znalostem uspokojivé vysvětlení. Ale důvod, proč to není tak docela dokonalé, je, že pokud by toto vysvětlovalo i vznik supermasivních černých děr, čekali bychom, že mezi nimi a stelárními budou i jiné černé díry. Třeba černé díry stokrát hmotnější než Slunce nebo tisíckrát nebo desetitisíckrát hmotnější. Ale nic takového v současnosti nepozorujeme. Vidíme jenom stelární černé díry a supermasivní černé díry. Tudíž další možné vysvětlení je to – osobně se k němu přikláním, protože tento jev docela dobře vysvětluje –, že supermasivní černé díry ve skutečnosti vznikly brzy po velkém třesku, že to jsou prvotní (primordální) černé díry. Vznikly na počátku existence našeho vesmíru. Pamatujete, co je potřeba k tomu, aby vznikla černá díra? Je potřeba množství neuvěřitelně husté látky, nebo množství husté hmoty. Je potřeba hodně hmoty s malým objemem, potom ji síla gravitace stále více a více smršťuje a je tak schopna překonat tlak degenerovaného elektronového, neutronového i kvarkového plynu, aby se zhroutila do něčeho, čemu říkáme jeden bod. Tady to chci ujasnit. Nevíme, jestli je to jen jeden bod. Nikdy jsme se do jádra černé díry nedostali. Jenomže matematika aplikovaná na černou díru, nebo alespoň tomu takto rozumíme, matematika selhává v momentě, kdy se vše zhroutí do jednoho bodu. Tudíž si vážně nejsme jistí, co se odehrává v tom malém středovém bodu. Ale můžeme říci, že to je neuvěřitelně, možná až nekonečně hustý bod ve vesmíru, nebo velmi hustá hmota. A důvod, proč tuto verzi o prvotních černých dírách podporuji, a proč to i dává smysl, je naše představa, že okamžitě po vzniku vesmíru byla všechna hmota ve vesmíru mnohem hustší, jelikož vesmír byl menší. Řekněme, že se to událo hned po velkém třesku nebo jednoduše nějakou dobu po velkém třesku. O čem jsme se bavili předtím, když jsme mluvili o záření kosmického pozadí, je to, že vesmír byl poměrně jednotný. Byl velmi, velmi hustý, ale poměrně jednotný. V takovémto vesmíru pak není důvod pro to, aby se cokoliv zhroutilo do černé díry, protože když se podíváte na ten bod zde, je poblíž něj hromada hmoty, ale je k němu blízko z každé strany. Tento bod by byl tažen... Gravitační síla by byla stejná ve všech směrech, kdyby byl vesmír úplně jednotný. Ale nějakou dobu po velkém třesku – možná díky malé kvantové fluktuaci – se vesmír stal poněkud méně jednotným. Řekněme, že se stal lehce nejednotným. Ale je pořád neuvěřitelně hustý. Tudíž řekněme, že vypadá nějak takto, máme zde oblasti, které jsou hustější, ale trochu nejednotné. Ale extrémně husté. Najednou zde vzniká typ hustoty, který je důležitý pro vznik černé díry. A kde máte vyšší hustoty a nejednotné prostředí, tak tam najednou vzniká vnitřní síla. Gravitační přitažlivost objektů vně této oblasti bude menší než přitažlivost působící směrem do této oblasti. Čím víc věcí bude vtaženo do této oblasti, tím méně jednotná se stane. Takže si můžete představit, že v prvotním vesmíru, velmi krátce po velkém třesku, když bylo všechno velmi husté a velmi blízko sebe, možná nastaly správné podmínky pro to, aby vznikly tyto supermasivní černé díry. Existovalo zde tolik hmoty s tak malým objemem a prostředí bylo dostatečně nejednotné, aby se uplatnil efekt sněhové koule. Tyto supermasivní černé díry sbíraly stále více a více hmoty. Tyto černé díry stotisíckrát až miliardkrát hmotnější než Slunce... A to je ještě zajímavější: Ty se pak staly středem budoucích galaxií. Vytvářejí se zde tyto supermasivní černé díry. Ale ne každý objekt byl černou dírou pohlcen. To se stalo jen v případě, že neměl dostatečně velkou úhlovou rychlost. Ale pokud prolétá kolem dostatečně rychle, začne pouze kolem černé díry kroužit. A tudíž si můžete představit, že takto vznikly první galaxie, dokonce i ta naše. Možná jste už uvažovali... „A co tedy černá díra uprostřed Mléčné dráhy?“ Myslíme si, že tam jedna je. Myslíme si to, protože jsme spatřili hvězdy, které rychle obíhají kolem něčeho, co se nachází v centru Mléčné dráhy. A jediné možné vysvětlení pro to, aby věci kolem něčeho obíhaly tak rychle, je, že se musí jednat o černou díru nebo něco, co se nakonec černou dírou stane. A když si to spočítáte, pro střed naší galaxie, střed Mléčné dráhy, tak naše supermasivní černá díra je řádově 4 milionkrát hmotnější než naše Slunce. Snad vám to poskytlo námět k zamyšlení. Neexistují pouze stelární černé díry. A nebo možná ano a možná nějak vyrostou do supermasivních černých děr a všechno mezi tím jen nemůžeme pozorovat. A nebo to možná jsou různé typy černých děr. Možná totiž vznikly jiným způsobem. Možná se vytvořily po samotném vzniku vesmíru. Když byla hustota věcí lehce nejednotná a objekty se vzájemně stlačovaly. A v příštím videu si budeme povídat o tom, jak se supermasivní černé díry mohou stát neuvěřitelným zdrojem radiace, ačkoli ho černé díry samy o sobě nevyzařují. Jedná se o kvazary.
video