Hlavní obsah
Kurz: Kosmologie a astronomie > Kapitola 2
Lekce 1: Život a smrt hvězdSupertěžké černé díry
Supertěžké černé díry Tvůrce: Sal Khan.
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.
Transkript
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.