Černé díry dnes zná každý a jen málokdo pochybuje, že existují. Ale ještě před několika desetiletími se v ně dalo jen a pouze věřit. Někteří vědci již na konci 19. století uvažovali, že by mohly existovat objekty tak masivní, že z nich neunikne ani světlo, byly to však domněnky bez jasných důkazů.
Nejde jen o to, že nebyly nikde k vidění v našem vesmírném okolí. Fyzici si nebyli jistí, proč a jak by podobné objekty mohly vzniknout. Einsteinova obecná teorie relativity dovolovala vznik takových míst, kde se do sebe „zhroutí“ prostor i čas (od horizontu událostí čas plyne směrem do středu černé díry, uprostřed pak „stojí“). Ovšem řada odborníků si myslela, že jde o chybu či důsledek špatného řešení rovnic. Svého času to předpokládal i Albert Einstein.
Jeho teorie je tak úspěšná, že ani její tvůrce si nedokázal přesně uvědomit všechny její důsledky a zvládnout matematiku nutnou k řešení otázek z obecné teorie relativity vyplývajících. Celou řadu problémů vyřešila až generace vědců, kteří se narodili po zveřejnění tzv. „OTR“ (obecná teorie relativity) v roce 1915.
Jedním z nich je v roce 1931 narozený Angličan Robert Penrose, který je profesně svázán z univerzitou v Cambridge a patří mezi nejslavnější teoretické fyziky vůbec. Pochází z vědecky založené rodiny (otec byl také fyzik a matematik) a během svého studia se věnoval především čisté matematice, aby postupně obrátil svou pozornost ke kosmologii. A v právě v tomto oboru pak doslova změnil náš pohled na svět kolem nás.
Roger Penrose v roce 2000 přebírá Řád Za zásluhy od britské královny
V polovině 60. let „revolučně změnil matematické nástroje, které používá k popisu časoprostoru“, napsal známý americký fyzik Kip Thorne. Penrose přišel s novým přístupem k problému, soustředil se na „tvar“ (topologii) časoprostoru.
Nobelova komise ocenila konkrétně jeho zcela zásadní práci z roku 1965, ve které právě tento přístup použil k tomu, aby svým kolegům dokázal, že černé dírky jsou nevyhnutelným důsledkem platnosti obecné teorie relativity. Einstein se práce nazvané „Gravitational collapse and spacetime singularities“ nedočkal, zemřel v roce 1955.
Jak je zahlédnout
O existenci černých děr se tedy přestalo pochybovat. Ale můžeme je zahlédnout? Jejich gravitace je natolik silná, že jim neunikne světlo ani jiné elektromagnetické záření, a tak představují temná místa ve vesmíru. Nechejme teď stranou fakt, že černé díry se podle teoretických předpovědí „odpařují“ díky tzv. Hawkingovu záření, protože zatím nevíme, zda existuje a jak ho pozorovat.
Astronomové tedy dospěli k závěru, že černé díry lze vždy pozorovat pouze nepřímo. Například pomocí pohybu hvězd či jiné hmoty uvězněné na oběžných drahách kolem těchto extrémně hmotných objektů. Přesně to dokázali Reinhard Genzel a Andrea Ghezová, kteří se dělí s Penrosem o druhou poloviny Nobelovy ceny za fyziku pro rok 2020.
Vyhlašování Nobelových cen za fyziku pro rok 2020. Laueráti jsou přítomni pouze na plátně a zleva jsou to Roger Penrose, Reinhard Genzel a Andrea Ghezová.
Jejich práce je mladšího data než Penrosovy výpočty, ale je těžké ji přesně datovat. Trvala totiž celá desetiletí. Oba patřili k vedoucím osobnostem dvou různých vědeckých týmů, které se snažily nahlédnout do centra Mléčné dráhy, oblasti známé jako Sagittarius A*.
Úkol zní možná jednoduše, ve skutečnosti jde však o velmi dlouhý proces postupného vylepšování a „upgradů“ metod a vybavení, které dokázaly nahlédnout do tak vzdálené a navíc aktivní oblasti naší galaxie. Oba týmy například pracovaly na principu tzv. adaptivní optiky. Ta umožňuje do značné míry eliminovat chyby, které v obraze vznikají v důsledku průchodu světla zemskou atmosférou.
Nakonec se oběma týmům během mnoha let práce podařilo zmapovat pohyb několika objektů v oblasti kolem středu naší galaxie. Zjistili, že obíhají kolem velmi masivního a kompaktního objektu, tedy podle všeho černé díry.
Největší cenu má pozorování jedné hvězdy S2, která obíhá těsně kolem středu naší galaxie. Oběhne ho jednou za 16 let (naší soustavě to trvá asi 200 milionů let). Díky rychlosti oběhu hvězdy S2 odhadujeme, že supermasivní černá díra ve středu naší galaxie má hmotnost kolem čtyř milionů Sluncí. Průměr horizontu událostí, tedy místa, ze kterého se nevrátí ani světlo, je cca 24 milionů kilometrů, tedy sedmnáckrát větší než průměr Slunce.
Historický snímek „stínu“ černé díry v jádru galaxie M87. Jde o první snímek bezprostředního okolí černé díry, která je samozřejmě stále neviditelná - je v „prázdném prostoru“ uprostřed.
Černou díru Sagittarius A* bychom v brzké době mohli snad zahlédnout (téměř) přímo. Soustředí se na ní tzv. Event Horizon Telescope (EHT), což je velká mezinárodní spolupráce, která provozuje radioteleskop bez přehánění s rozměry téměř jako Země. Ten v roce 2019 zveřejnil první snímek bezprostředního okolí černé díry. Tehdy ovšem jeho cílem byla supermasivní černá díry v galaxii M87, která je z různých důvodů lepším cílem pro pozorování než „naše“ černá díra.
Do Stockholmu nepojedou
Ocenění, které bude letos dotované deseti miliony švédských korun (25,9 miliony Kč), což je o milion švédských korun více než dosud, bude tento týden uděleno ještě za chemii (ve středu 7. října), poté za literaturu, za mír a příští týden v pondělí 11. října také za ekonomii.
Slavnostní předání ocenění plánované na 10. prosince, tedy výročí úmrtí zakladatele ceny a vynálezce dynamitu Alfreda Nobela, který zemřel v roce 1896, letos kvůli koronaviru rovněž změní podobu. Namísto ze stockholmské koncertní síně bude vysíláno v televizi ze stockholmské radnice. Také laureáti by se měli připojit virtuálně. Udělování Nobelových cen za mír v Oslu bude také menší.
V roce 2019 Nobelovu cenu za fyziku získali kanadsko-americký fyzik James Peebles a dvojice švýcarských vědců Michel Mayor a Didier Queloz. Peebles se věnuje kosmologii, tedy vědě o vývoji vesmíru, oba švýcarští vědci byli oceněni za objev planety u jiné hvězdy podobné našemu Slunci.
