Čtvrtek 4. března 2021, svátek má Stela
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Čtvrtek 4. března 2021 Stela

Může být u černé díry obyvatelná planeta? Podle českých fyziků ano

V okolí černých děr se teoreticky mohou vyskytovat planety, na kterých panují teploty podobné jako na Zemi. Vyplývá to z matematických simulací týmu ze Slezské univerzity v Opavě.

Takto by se černá díra nejspíše (tedy na základě dnešních fyzikálních znalosti) jevila pozorovateli ve skutečnosti (jde tedy o černou díru s pomalejší rotací, než by měl filmový Gargantua, jak si můžete všimnout podle pravidelného tvaru středového kruhu). | foto: James et al., Classical and Quantum Gravity

Ať je vaše vysněná adresa jakákoliv, zřejmě nepřijde s úžasnějším nápadem než tým fyziků ze Slezské univerzity v Opavě. Ti si totiž položili otázku, zda by se dalo najít vhodné místo k životu na oběžné dráze černé díry.

Navázali tak na předchozí práci olomoucko-opavského týmu uveřejněnou poprvé roce 2017 (práce je dostupná zdarma zde na arXiv.org). Tehdejší studii do značné míry inspiroval film Interstellar (a jeho dosti, byť ne zcela přesná fyzika), ve kterém kolem černé díry skutečně obíhá planeta s parametry podobnými Zemi. Výsledky tehdy naznačily, že teoreticky něco takového možné je.

Dalším krokem bylo zjistit, jaké parametry by musela její dráha přesně mít, aby se co nejvíce podobala Zemi. „Je to stále intelektuální cvičení, ale zároveň nás zajímala přesná čísla,“ říká Pavel Bakala, hlavní autor článku vydaného v lednu časopisem The Astrophysical Journal (najdete ji na arXiv.org). Pod prací jsou dále podepsáni Jan Dočekal a Zuzana Turoňová, také ze Slezské univerzity. (P. Bakala značnou část výzkumu udělal během pobytu na observatoři v Římě, kterou provozuje výzkumná agentura INAF)

Černé a chladné „slunce“ nad hlavou

Situace je ovšem v jednom důležitém ohledu zcela opačná, než jsme zvyklí z naší soustavy. V černé díře všechno záření mizí, je tedy naprosto chladná. Obrazně řečeno tak musí „vysávat“ teplo také z případných objektů ve svém okolí. Ovšem extrémní gravitace v okolí černé díry to do jisté míry dokáže napravit.

Zdaleka ne všechno záření, které se k takovému objektu přiblíží, totiž skončí pohlceno. Velká část se sice v gravitačním poli planety ohne, ale pak zamíří zase pryč. „Toto je velké zjednodušení, ovšem můžete si to představit tak, že záření z okolí padá do gravitační studny kolem černé díry, a přitom nabírá energii,“ vysvětluje Bakala. Ukázalo se, že k ohřátí takové hypoteticky planety kolem černé díry by mělo stačit zbytkové záření z doby těsně po Velkém třesku, v češtině označované jako reliktní (či také kosmické mikrovlnné pozadí).

Vizualizace podoby plynového disku kolem černé díry ve filmu Interstellar....

Jak komplikovaný je pohyb světla v okolí černé díry, ukazuje pohled na vizualizace plynového disku kolem černé díry z filmu Interstellar. Gravitací nezkreslený obraz disku je nahoře, hlavní obrázek ukazuje, jak by se jevil kolem rychle rotující černé díry. Obraz je několikanásobný, a díky ohybu světla v gravitaci černé díry je vidět i část disku, která by byla normálně skrytá za objektem.

Původně mělo velmi vysokou teplotu, stejně jako celý vesmír. Jak se zvětšoval, teplota reliktního záření klesala. Reliktní záření se totiž „natahovalo“, tedy zvyšovala se jeho vlnová délka, což přímo vede ke snižování energie a tedy teploty.

Za běžných podmínek má teplotu 2,73 Kelvina, tedy jen těsně nad absolutní nulou (cca -273°C). Ale v extrémním gravitačním poli černé díry se může za určitých podmínek vlnová délka reliktního záření výrazně zkrátit, a jeho teplota tím pádem znovu zvýšit. Dokonce poměrně výrazně: podle výpočtů by planety v okolí černé díry mohly mít teploty řádově stovek stupňů Celsia. Konkrétně vodní planeta z filmu Interstellar by měla nejspíše povrchovou zhruba 900 °C.

Což je samozřejmě příliš. Ale existují podmínky, za kterých by planeta byla něco mezi Marsem a Venuší, tedy zhruba Země? Pavel Bakala byl sám tak trochu překvapený, ale matematické modely založené na dobře známých základech obecné teorie relativity naznačují, že ano. Musí to být ovšem hodně specifické okolnosti.

Stabilní dráhu by planeta mohla zaujmout jen u otáčející se černé díry, která by rotovala kolem své osy rychlostí téměř rovnou rychlosti světla. Černá díra musí mít také velkou hmotnost, zhruba nad 163 milionů Sluncí (pro srovnání, černá díra ve středu naší galaxie má hmotnost kolem čtyř milionů Sluncí). Slapové síly menších černý děr by planetu brzy roztrhaly.

Hypotetická planeta by musela také obíhat velmi blízko horizontu událostí, tedy hranici, za kterou není návratu ani pro hmotu, ani pro světlo. „Planeta se pohybuje dosti rychle, řádově v desetinách rychlosti světla,“ vysvětluje Bakala. Pohyb planety ještě „zkracuje“ vlnovou délku na ni dopadajícího reliktního záření (a tedy ho znovu otepluje díky tzv. Dopplerovu efektu). To je podle práce druhý důležitý jev, který přispívá k zahřívání této hypotetické planety.

Pohled na oblohu z jejího povrchu by byl nevšední: zhruba polovinu oblohy by zabírala obří černá skvrna, tedy stín černé díry. Připomínáme, že samotná černá díra je nepozorovatelná, vidíme jen na kraj oblasti, za kterou pak světlo do tohoto objektu nenávratně padá. Jedna překvapivá podobnost se Zemí by se ovšem našla. „Přicházející záření by se soustředilo do jednoho bodu, do jakéhosi pseudoslunce,“ říká Bakala. Zhruba 99 procent dopadajícího záření by tedy přicházelo z jedné konkrétní malé oblasti na obloze.

Pseudoslunce by ovšem zářilo poněkud jinak než naše Slunce. Na planetu by dopadalo především ultrafialové záření. Takže by na ní těžko mohl vzniknout život v pozemské podobě.

Vizualizace pohledu na planetu na nízké oběžné dráze černé díry v různých...

Vizualizace pohledu na planetu na nízké oběžné dráze černé díry v různých fázích pohybu po orbitě. Simulace ukazují, jak by se podoba planety zdeformovala v silném gravitačním poli černé díry, tak i to, kterým směrem by se posunovaly barvy (k modré či naopak červené) v té či oné pozici. Posun záleží na tom, jak se zkracuje, či prodlužuje délka záření vzhledem k pozorovateli.

Problémem by bylo i okolí. Když do černé díry padá hmota, uvolňuje se při tom významné množství záření, které by planetu nepochybně sterilizovalo. Ještě katastrofičtější by při této rychlosti oběhu byla srážka s jiným, byť třeba malým objektem. A tak by taková hypotetická planeta příhodná pro život musela existovat pouze u starých černých děr, které hmotu ze svého okolí pozřely.

Také není zcela jasné, jak by se vlastně taková planeta mohla k černé díře dostat. Vzniknout by tam mohla jen těžko, na to jsou podmínky příliš nestabilní. Případný život by také neměl na vývoj příliš mnoho času, protože v extrémních podmínkách kolem černé díry plyne mnohem rychleji: řádově tisíckrát rychleji než na Zemi.

Ale to všechno není důležité, protože o hledání života v okolí černých děr tak úplně nešlo. „Jde hlavně o intelektuální cvičení, které má povzbudit uvažování a zájem nejen studentů,“ vysvětluje Pavel Bakala.

Autor:
  • Nejčtenější

ANALÝZA: Lidé nejsou méně ukáznění. Proč rostou počty případů a co dál

Ze současné situace neexistuje žádné jednoduché a levné východisko. Ale jedna cesta nabízí naději na relativně rychlé...

Nadějná data. Stále přibývá dokladů toho, že vakcíny brání šíření viru

Nadějné výsledky z posledních dní naznačují, že minimálně některé vakcíny proti viru SARS-CoV-2 výrazně zpomalují jeho...

Boeing, nebo Airbus? Rozdíly jsou obrovské pro piloty, ne pro cestující

Stejně jako se fanoušci Sparty a Slavie neshodnou, který tým je lepší, v civilním letectví panuje značná neshoda v tom,...

Microsoft chce vrátit Windows 10 na výsluní, připravuje další vylepšení

Aktualizace uživatelského rozhraní, vizuální omlazení, nové funkce, dynamický obsah a modernější operační systém. Toho...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Nejzajímavější československý letoun k obraně vlasti vznikal v Pragovce

Výzbroj letectva ČSR byla před druhou světovou válkou tristní. Moderně řešené letouny domácí konstrukce vznikly příliš...

Exploze viru: v domově důchodců ve Vrchlabí zabil polovinu seniorů

Premium Tragédie v domově seniorů varuje, jak rychle se šíří nákaza koronavirem a jak smrtelná může být. Celorepublikově pak...

Randění pod rouškou. Reportérka absolvovala sedm pokusů o seznámení

Premium „Jestli si někoho nenajdeš, než ti bude třicet, nainstaluju ti seznamku,“ oznámila mi moje nejlepší kamarádka. Patřím...

Zavřené nezavřené restaurace. Jak vypadá zapovězený společenský život?

Premium Zaplněné stoly, skupinky lidí se sklenicemi vína a smích nesoucí se až na ulici. Nejde o výjev starý víc než rok, ale o...

  • Další z rubriky

STO OBJEVŮ: Geniální Ressel zavedl lodní šroub do praxe. Uznání nepřišlo

Seriál Změnil lodní dopravu, ulehčil spojení Evropy s dalšími kontinenty. Český rodák Josef Ressel zpopularizoval lodní šroub,...

ANALÝZA: Lidé nejsou méně ukáznění. Proč rostou počty případů a co dál

Ze současné situace neexistuje žádné jednoduché a levné východisko. Ale jedna cesta nabízí naději na relativně rychlé...

Fascinující objev stop napřimujícího se krále dinosaurů

I když se může zdát, že o životě a chování dinosaurů toho víme mnoho, stále je tu celá řada otázek, které zůstávají...

Solární elektrárna na Sahaře by změnila svět k horšímu, tvrdí studie

Sahara osazená solárními panely by možná naplnila sen o zelené poušti i nevyčerpatelném zdroji čisté energie. Skrývá v...

Gabriela Koukalová se pochlubila, že čeká miminko. Změnila si i příjmení

Bývalá biatlonistka Gabriela Koukalová (31) bude maminkou. V ranním vysílání na Primě se pochlubila šťastnou novinou a...

Nepravda a účelovka, říká Koukal o tvrzení exmanželky Soukalové

Po obviněních bývalé biatlonistky Gabriely Soukalové (31), že ji exmanžel Petr Koukal (35) podváděl a utrácel její...

Zemřel rockový bubeník kapely Citron a podnikatel Radim Pařízek

Zemřel rockový bubeník spjatý zejména s heavymetalovou kapelou Citron Radim Pařízek. Hudebníkovi, který se uplatnil i v...

Amatérské porno je realita, která lidí baví, říká pornoherečka

Porno je film, fikce, představení. Amatérská videa jsou však realita. „A to na nich lidi baví. Nikdo nechodí po...

Randění pod rouškou. Reportérka absolvovala sedm pokusů o seznámení

Premium „Jestli si někoho nenajdeš, než ti bude třicet, nainstaluju ti seznamku,“ oznámila mi moje nejlepší kamarádka. Patřím...