Rubrika: Černé díry

M87*: první černá díra, kterou se lidstvu podařilo opravdu zobrazit

Supermasivní černá díra v galaxii Messier 87, vzdálené zhruba 55 milionů světelných let, se stala v roce 2019
první černou dírou, jejíž stín se podařilo přímo zobrazit pomocí sítě radioteleskopů na Zemi.

Jak byl snímek M87* vytvořen

M87* leží v centru obří eliptické galaxie Messier 87 v souhvězdí Panny. Její hmotnost je
přibližně 6,5 miliardy hmotností Slunce, takže je mnohonásobně hmotnější než černá díra
Sagittarius A* v centru Mléčné dráhy.

V roce 2017 tuto černou díru pozorovala mezinárodní spolupráce Event Horizon Telescope (EHT).
Šlo o síť radioteleskopů rozmístěných po celé Zemi, které pomocí techniky
VLBI (Very Long Baseline Interferometry) vytvořily jeden „virtuální dalekohled“
o velikosti celé planety. Citlivý byl na milimetrové vlnové délky, kde jasně září horký plyn v akrečním disku.

Data z jednotlivých observatoří se nejprve zaznamenala na velkokapacitní disky, synchronizovala pomocí
atomových hodin a poté spojila v superpočítačích. Teprve složitými rekonstrukčními algoritmy vznikl obraz,
který známe dnes: světlý prsten emisí a tmavý stín uprostřed, odpovídající projekci černé díry.

Co je stín černé díry

Černá díra sama o sobě žádné světlo nevyzařuje. To, co vidíme, je záření žhavého plynu v jejím okolí,
který tvoří akreční disk. Extrémně silná gravitace ohýbá dráhy fotonů tak, že část světla krouží
po tzv. fotonské sféře a část je pohlcena.

Z pohledu vzdáleného pozorovatele se tím vytváří charakteristický obraz. Jasný prsten na okraji tvoří světlo,
které bylo gravitačně ohnuto, a tmavá oblast uprostřed je stín černé díry. Tento stín je
o něco větší než samotný horizont událostí, protože zahrnuje oblast, odkud už se k pozorovateli nemůže dostat
žádný foton.

Úhlový průměr prstence u M87* má velikost jen desítek mikroobloukových vteřin. Přibližně to odpovídá pozorování
objektu velikosti tenisového míčku na povrchu Měsíce. Přesto jej EHT dokázal rozlišit a tím přímo otestoval
obecnou relativitu v extrémním gravitačním poli.

Jak obrovská je M87* ve srovnání se Sluneční soustavou

Hmotnost M87* je asi 6,5 miliardy Sluncí. Pro srovnání, Sagittarius A* v centru Mléčné dráhy má
přibližně čtyři miliony slunečních hmot. M87* je tedy zhruba tisíckrát hmotnější než naše galaktické jádro.

Galaxie Messier 87 je sama o sobě mnohem větší a hmotnější než Mléčná dráha. M87* v jejím středu působí jako
gravitační motor, který ovlivňuje plyn a hvězdy v okolí. Černá díra napájí relativistický jet,
proud částic a záření, který se táhne tisíce světelných let do mezihvězdného prostoru a ovlivňuje vývoj celé galaxie.

Proč je snímek M87* tak důležitý

Zobrazení stínu M87* je přímý test Einsteinovy obecné relativity v prostředí extrémní gravitace.
Tvar a velikost stínu odpovídají výpočtům pro rotující Kerrovu černou díru dané hmotnosti. Teorie, které by
předpovídaly výrazně jiný obraz, jsou tímto výsledkem velmi omezené.

Snímek M87* je také klíčový pro studium akrece, magnetických polí a vzniku relativistických jetů. Ukazuje,
že supermasivní černé díry nejsou jen „díry ve vesmíru“, ale aktivní motory, které formují okolní galaxie a
podílejí se na velkoškálové struktuře vesmíru.