Teorie
Černé díry jsou konečná stádia života hvězd, jejichž železné jádro po všech životních peripetiích má stále hmotnost větší než 1,8 Slunce. Při kolapsu látka padá prakticky volným pádem blíž a blíž k sobě a dosahuje neomezených hustot. Díky své obrovské přitažlivosti se vytvoří vlastní uzavřený vesmír, tzv. horizont událostí a nedovolí žádnému elektromagnetickému záření, aby se odtud dostalo do okolního prostoru. Zhroucená hvězda o dostatečně velké hmotnosti je uzavřena v pomyslné kouli, jejíž poloměr bude tím větší, čím větší je hmotnost zhroucené hvězdy. Na počest objevitele se tento poloměr nazývá Schwarzschildův. Např. pro hvězdu s hmotností 2 Slunce činí pouhých 6 km. Černou díru nemůžeme přímo vidět, skrývá se uvnitř horizontu událostí odkud ani světlo nemůže uniknout. O existenci černé díry se můžeme dovědět jen z jejích gravitačních účinků. Jedním z důkazů existence černých děr by byla detekce gravitačních vln, které vznikají při zrodu černé díry. Jako možní kandidáti se jeví jádra aktivních galaxií (včetně té naší) nebo pozůstatky hmotných hvězd v systémech.
Umělcova představa černé díry v centru naší Galaxie.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Ute Kraus. Under Creative Commons.
Jeden ze současných největších teoretických fyziků Stephen Hawking přišel na překvapivou věc. Černé díry přece jenom něco vyzařují. Velikost vyzářené energie je ovšem většinou zanedbatelná. Teplota černých děr je nepřímo úměrná jejich hmotnosti. To znamená, že menší černé díry mají teplotu vyšší než absolutní nula a září. Tento jev je lavinovitý, jestliže černá díra září, ztrácí energii, a tedy i hmotnost. Výsledkem Hawkingova procesu je, že ke konci svého života zvyšuje černá díra výrobu energie tak bleskově, že jde prakticky o výbuch v podobě záblesku záření γ. Studium vzdáleného vesmíru pomocí Hubbleova teleskopu a dalších observatoří odhalilo, že černé díry se nejspíš nachází v centru většiny galaxií, včetně té naší.
Zajímavost z kosmologie:
Myšlenka, že by se hmota mohla chovat podobně jako skleněné čočky, zřejmě poprvé pochází z roku 1919. Teprve v roce 1936 na popud jednoho českého inženýra se jí začal zabývat Albert Einstein v článku pod názvem Čočce podobné působení hvězd v důsledku ohybu světla v (jejím) gravitační poli. Jeho text začíná slovy: “Nedávno mne navštívil R. W. Mandl a požádal mne, abych publikoval výsledky drobného výpočtu, který jsem provedl na jeho žádost. Touto poznámkou vyhovuji jeho přání.“ Jako první čočkující objekt byl v roce 1979 objeven kvazar 0957+561.
K efektu čočkování dochází, jestliže světlo na své cestě od zdroje k pozorovateli míjí masivní objekt. Tím může být například černá díra, supermasivní černá díra, obří eliptická galaxie, hnízdo galaxií nebo kvasar. Takový objekt potom nazýváme gravitační čočka.
Princip gravitační čočky.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Gravitační pole obklopující tento objekt totiž ohýbá paprsky přicházející ze zdroje, v jistém smyslu proto můžeme na gravitační čočky nahlížet jako na obdobu čoček optických, založených na lomu světla. Gravitační čočky jsou však účinnější, neboť "vidí dále" než optické dalekohledy. Gravitační čočky nám tak dovolují nahlédnout velmi daleko v prostoru a do hluboké minulosti vesmíru.
Budeme–li zdroj světla (kvazar) přibližovat k optické ose (země – čočkující galaxie) a v případě přesném srovnání všech tří objektů do přímky vznikne rotační symetrie podle optické osy. Vzdálený zdroj se zobrazí jako Einsteinův prstenec, jehož poloměr bude záviset na hmotnosti čočkující galaxie, a tloušťka prstence na úhlovém rozměru zdroje světla.
Princip gravitační čočky.
Zabýváme–li se gravitačními čočkami v rámci naší Galaxie, mluvíme o mikročočkování. Mikročočky jsou tělesa mnohem méně masivní o velikosti planet až do zlomku hmotnosti Slunce. Projevují se především tím, že zesilují záření hvězd, před nimiž přecházejí. Mikročočky v halu naší Galaxie objevují astronomové v rámci projektu MACHO (Massive Compact Halo Objects = masivní kompaktní objekty v galaktickém halu); systematicky sledují jasnost devíti miliónů hvězd ve Velkém Megallanově oblaku. Astronomové v projektu MACHO jsou přesvědčení, že mikročočky mohou vysvětlit značnou část skryté hmoty v naší Galaxii.
Gravitační čočka Abel 1689.
Zdroj: www.nasa.gov.
