Fyzici v súčasnosti zažívajú zlatý vek nových poznatkov o čiernych dierach. Od roku 2015 sú vedci schopní prijímať signály priamo z čiernych dier pomocou observatórium gravitačných vĺn s laserovým interferometrom (LINK), kým observatóriá ako napr ďalekohľad Horizont udalostí (EHT), získajte prvé obrázky tiene čiernej diery. Tento rok nebol výnimkou, s čerstvou úrodou vzrušujúcich a jedinečných výsledkov rozširujúcich obzory našich vedomostí o čiernych dierach. Tu sa pozrieme na niektoré z najpôsobivejších objavov roku 2020.
Akoby sa potvrdilo, že rok 2020 bol rokom výskumu čiernych dier, hlavným úspechom vedy je nobelová cena - bola v októbri udelená trom fyzikom, ktorých práce osvetľujú život týchto tajomných vesmírnych objektov.
Roger Penrose z Oxfordskej univerzity vo Veľkej Británii získal polovicu ceny „za objav, že tvorba čiernych dier je robustnou predpoveďou všeobecnej relativity“, zatiaľ čo Andrea Guez z Kalifornskej univerzity v Los Angeles a Reinhard Hansel z Bonnskej univerzity a Inštitút pre fyziku mimozemšťanov Max Planck v Nemecku sa podelili o druhú polovicu „za objav supermasívneho kompaktného objektu v strede našej galaxie“, uviedla vo vyhlásení Kráľovská švédska akadémia vied. Andrea Guez je len štvrtou ženou, ktorá získala Nobelovu cenu za fyziku, po Marie Curie v roku 1903, Marii Heppert-Mayerovej v roku 1963 a Donne Stricklandovej v roku 2018.
LINK a jeho európsky náprotivok Panna pozorovať čierne diery prostredníctvom gravitačných vĺn v štruktúre časopriestoru, ktoré vznikajú, keď masívne objekty oscilujú.
V zariadeniach už bolo urobených niekoľko pôsobivých objavov. V máji však spolupráca oznámila, že objavila najväčšiu kolíziu s čiernou dierou v histórii. Jedna z nich je 85-krát väčšia ako hmotnosť Slnka a druhá je 66-krát väčšia ako hmotnosť Slnka.Keď sa zrazia, vytvoria čiernu dieru, ktorej hmotnosť prevyšuje hmotnosť Slnka o 142-krát. Okrem vytvorenia rekordov bol nález prvým v takzvanej „zakázanej“ zóne stredne hmotných čiernych dier. Hoci astronómovia videli malé čierne diery o veľkosti nášho Slnka a vedia, že v centrách galaxií existujú kolosálne diery, ktorých hmotnosť je miliónkrát väčšia ako hmotnosť Slnka, nikto predtým nenašiel dôkazy o čiernych dierach v tomto strednom pásme. Ako presne vznikli, zostáva záhadou, ktorú sa vedci teraz snažia vyriešiť.
Krátko potom Veľký tresk Vesmír bol preniknutý horúcim a turbulentným žiarením. V niektorých oblastiach bola energia dostatočne hustá na to, aby sa teoreticky zrútila do seba a vytvorila čiernu dieru.
Aj keď fyzici stále nevedia, či také existujú prvotné čierne diery (PCD), v poslednej dobe premýšľali o tom, čo by sa mohlo stať, keby existovali. Niekoľko prác, vrátane jedného publikovaného v novembri, naznačilo, že tieto čierne diery, z ktorých niektoré budú menšie ako tie, ktoré vznikli z umierajúcich hviezd, by mohli predstavovať temnú hmotu, neznámu látku, ktorá má gravitačný vplyv na celý vesmír. V najbližších rokoch prebiehajú experimenty na hľadanie PCD, ktoré ich existenciu buď potvrdia, alebo vyvrátia.
Čo keby ste vzali neuveriteľne masívne čierne diery v centrách galaxií a zväčšili ich 11-násobne? To je to, čo výskumníci navrhli v septembrovom dokumente, v ktorom sa diskutuje o možnosti „neuveriteľne veľkých čiernych dier“ (SLABs).
Tieto objekty budú vážiť najmenej 1 bilión-násobok hmotnosti Slnka, 10-krát viac ako najväčšia v súčasnosti známa čierna diera, monštrum s hmotnosťou 66 miliárd slnečnej hmoty tzv. TON 618. Niektoré z SLAB sa mohli sformovať v ranom vesmíre a vytvorili ďalšiu triedu prvotných čiernych dier, čo znamená, že sme mohli vidieť ich odtlačok v kozmickom mikrovlnnom pozadí, keď mal náš vesmír iba 380 000 rokov. Iné by sa dali zistiť pri pohľade na to, ako ohýbajú svetlo vzdialených hviezd, ak je medzi nami SLAB. Tento koncept stále zostáva hypotetický, no priťahuje zvýšenú pozornosť.
Väčšina párov čiernych dier zachytených prístrojmi LIGO a Virgo má približne rovnakú hmotnosť. Ale v apríli spolupráca oznámila, že to sleduje najviac asymetrická katastrofa.
Objekty, ktoré sa zrazili vo vzdialenosti asi 2,4 miliardy svetelných rokov od nás, mali hmotnosť približne 8-krát a 30-krát väčšiu ako naše Slnko. Takáto neočakávaná udalosť sa považovala za dostatočne vzácnu na to, aby si ju gravitačné vlnové inštalácie nevšimli už po niekoľkých rokoch. Objav spochybňuje tieto predpoklady a vyzýva výskumníkov, aby zvážili možnosť hierarchického zlúčenia, pri ktorom sa jedna čierna diera zrazí s druhou a výsledný zvyšok sa potom spojí s ďalšou čiernou dierou.
Keď sa masívny objekt priblíži k čiernej diere v určitej vzdialenosti, extrémne gravitačné sily, ktoré sú tam prítomné, môžu roztrhnúť objekt na dlhé vlákna materiálu, ktoré sa rozptýlia všade.
Tento proces, hovorovo tzv špagetovanie, bol pozorovaný zriedkavo, pretože väčšina čiernych dier je obklopená zakrytým oblakom plynu a prachu. No v októbri sa astronómom z Európskeho južného observatória podarilo odfotiť Špagetovanie hviezdy v bezprecedentných detailoch pomocou ďalekohľadu Very Large Telescope a New Technology Telescope. Táto udalosť, známa ako AT 2019 qiz, poskytne výskumníkom pohľad na takéto javy a pomôže im lepšie pochopiť gravitáciu v extrémnych podmienkach.
Nikto sa nechce dostať príliš blízko k čiernej diere. Našťastie kozmický Pac-Man spozoroval v máji obiehajúcu dvojicu sprievodných hviezd známych ako 6819 HR, je v astronomicky bezpečnej vzdialenosti od svojich partnerov.
Nová čierna diera sa skrýva 1000 svetelných rokov od Zeme v južnom súhvezdí Telescopium, trikrát bližšie ako predchádzajúci držiteľ rekordu. Astronómovia nemôžu priamo pozorovať samotnú čiernu dieru, ale boli schopní odvodiť jej prítomnosť na základe toho, ako gravitačne ovplyvňuje dva ďalšie objekty v systéme. Pozorovatelia na južnej pologuli môžu vidieť hviezdy v systéme HR 6819 voľným okom pri pohľade na hviezdnu mapu a pri pohľade do súhvezdia Telescopium, blízko hranice so súhvezdím Pavo.
Aby sa vytvorila čierna diera, hmota a energia sa musia zrútiť do malého bodu nekonečnej hustoty. Keďže takéto nekonečno by malo byť fyzikálne nemožné, teoretici už dlho hľadali spôsob, ako takýto zvláštny výsledok obísť.
Podľa teórie strún, ktorá nahrádza všetky častice a sily subatomárnymi, vibrujúcimi strunami, sa čierne diery môžu ukázať ako niečo ešte zvláštnejšie – spleť základných strún, ako fuzzy priadza. V októbri štúdia ukázala, že ak atómy v neutrónových hviezdach, typ hviezdneho zvyšku, ktorý nie je dostatočne hustý na to, aby vytvorili čiernu dieru, boli v skutočnosti zväzkom strún, potom by stlačenie týchto strún dohromady v skutočnosti nevytvorilo čiernu dieru, ale našuchorené klbko — to by bolo podobné spomínanému klbku priadze. Podivný nápad ešte nebol úplne zrealizovaný, no je to jedna z možných alternatív práce s nekonečnom.
Podľa fyzikov by každá čierna diera mala byť obklopená tzv Horizont udalostí - hranica, cez ktorú sa po páde už nikdy nedostanete von. Od prvého predpokladu čiernych dier sa však vedci pýtali, či je horizont udalostí nevyhnutne potrebný.
Môže bez nej existovať čierna diera, tzv „nahá“ čierna diera? To môže byť nebezpečné, pretože v horizonte udalostí čiernej diery sú porušené známe fyzikálne zákony a holá čierna diera nemôže poskytnúť ochranu tejto bariére. Zatiaľ čo väčšina teoretikov verí, že nahota je pre čierne diery zakázaná, novembrové noviny uviedli, že existuje spôsob, ako to s istotou otestovať. Trik spočíva v hľadaní rozdielov v akrečných diskoch alebo prstencoch plynu a prachu vytvorených napájaním čiernej diery, čo môže naznačovať viditeľný rozdiel medzi nahými a normálnymi čiernymi dierami.
Vianoce prišli tento rok pre vedcov s čiernymi dierami skoro. V októbri komunita pozorovateľov LIGO a jej európsky náprotivok Virgo vydali veľký nový katalóg desiatky signálov gravitačných vĺn, objavený v období od apríla do septembra 2019.
Týchto 39 udalostí zahŕňalo množstvo zaujímavých objavov, ako je masívne zlúčenie čiernych dier, ktoré vyústilo do zvyšku s hmotnosťou 142 Sĺnk, extrémne jednostranná udalosť s množstvom objektov väčších ako Slnko a záhadný objekt, ktorý sa objavil. buď malá čierna diera alebo veľká neutrónová hviezda. Výskumníci boli nadšení údajmi, ktoré ukázali, že objekty dostanú v priemere jeden nový signál každých päť dní a plánujú ho použiť na lepšie pochopenie správania a frekvencie spájania čiernych dier.
Prečítajte si tiež:
Nechaj odpoveď