Slávne fotografie čiernych dier skrývajú bizarnú pravdu. Jeden záber môže ukazovať viacero okamihov naraz
Na fotografii čiernej diery nevidíš jediný okamih. Extrémna gravitácia totiž mieša svetlo, ktoré k nám vyrazilo v rozdielnom čase.
Fotografie čiernych dier patria medzi najpôsobivejšie vedecké zábery posledných rokov. Na prvý pohľad ukazujú jednoduchý obraz, tmavý kruh obklopený žiarivým oranžovým prstencom. V skutočnosti však nejde o obyčajnú fotografiu jedného okamihu. Vedci teraz upozorňujú, že pri čiernych dierach čas nefunguje tak, ako sme zvyknutí z bežného sveta. Extrémna gravitácia týchto objektov dokáže ohnúť samotný časopriestor a zmeniť spôsob, akým k nám putuje svetlo.
Výsledkom je zvláštny jav, jeden jediný obrázok môže obsahovať svetlo, ktoré vyrazilo na cestu v rôznych okamihoch, informuje Science Alert.
Fotografia čiernej diery nie je obyčajná snímka
Pri bežnej fotografii predpokladáme, že zachytáva jeden moment. Aj keď fotoaparát prijme svetlo počas krátkej expozície, rozdiely medzi jednotlivými fotónmi sú tak malé, že ich môžeme ignorovať. Pri čiernych dierach však vzniká problém. Ich gravitácia je taká extrémna, že dokáže zakriviť dráhu svetla. Niektoré lúče putujú takmer priamo k teleskopu, zatiaľ čo iné sa najskôr otočia okolo čiernej diery a až potom pokračujú smerom k nám.
To znamená, že fotóny zachytené v rovnakom obrázku nemuseli opustiť svoj zdroj v rovnakom čase.
„Niektoré fotóny môžu putovať takmer priamo k nám, zatiaľ čo iné môžu obísť čiernu dieru predtým, než dorazia k detektoru. Preto môžu v jednom zábere pochádzať z rôznych okamihov,“ vysvetľuje vedec Alejandro Cárdenas-Avendaño z Wake Forest University.
Doteraz vedci získali priame snímky dvoch supermasívnych čiernych dier. Prvou je M87* v galaxii vzdialenej približne 55 miliónov svetelných rokov. Druhou je Sagittarius A* v centre našej vlastnej galaxie Mliečnej dráhy.
Neprehliadni
Samotnú čiernu dieru však na obrázkoch nevidíme. Svetlo z nej totiž nemôže uniknúť. Teleskopy zachytávajú najmä jej okolie, horúci plyn, ktorý okolo nej rotuje v takzvanom akrečnom disku. Tento materiál dosahuje extrémne teploty a vytvára žiarivý prstenec okolo tmavého tieňa čiernej diery. Vedci následne kombinujú pozorovania s počítačovými simuláciami, aby zistili, ako sa tento materiál pohybuje a mení v čase.
Práve tu však vzniká otázka, či má simulácia zobrazovať svetlo tak, ako keby prišlo z jedného okamihu, alebo musí počítať s rozdielnymi časmi jeho príchodu?
Fyzici doteraz používali dva hlavné spôsoby výpočtov. Prvý označujú ako model rýchleho svetla. Ten zjednodušuje situáciu a vytvorí obraz, akoby všetko svetlo pochádzalo z jedného okamihu. Takýto postup výrazne šetrí výpočtový výkon a pri mnohých pozorovaniach poskytuje dostatočne presné výsledky.
Druhý model, nazývaný pomalé svetlo, zachováva všetky časové rozdiely. Počíta s tým, že každý bod obrázka môže ukazovať inú chvíľu v histórii čiernej diery. Nevýhodou je výrazne vyššia náročnosť na výpočty.
„Pri rýchlom svetle vezmeme jednu snímku akrečného disku a vytvoríme obraz. Potom prejdeme na ďalšiu snímku. Pri pomalom svetle môže jeden obrázok vyžadovať množstvo rôznych okamihov, pretože jednotlivé pixely môžu zobrazovať rozdielne časy,“ opisuje Cárdenas-Avendaño.
Výskumníci Daniel Rojas-Paternina a Alejandro Cárdenas-Avendaño preto navrhli nový prístup s názvom brisk light. Ide o kompromis medzi rýchlym a pomalým svetlom. Táto metóda zachová najdôležitejšie časové rozdiely, no zároveň nepotrebuje také množstvo výpočtov ako úplný model pomalého svetla. Vedci chcú týmto spôsobom získať presnejšie simulácie bez toho, aby počítače museli spracovať extrémne veľké množstvo údajov.
Staré fotografie čiernych dier zostávajú správne
Dobrou správou je, že nové zistenia nespochybňujú slávne snímky M87* ani Sagittarius A*. Pri týchto pozorovaniach totiž podmienky umožnili použiť zjednodušený model bez výraznej straty presnosti. V budúcnosti však môže byť problém oveľa dôležitejší. Nové vesmírne observatóriá sa chcú zamerať na ešte jemnejšie detaily okolo čiernych dier, napríklad takzvané fotónové prstence. Tie vznikajú vďaka svetlu, ktoré obletí čiernu dieru po extrémne zakrivených dráhach. Pri takýchto pozorovaniach už časové rozdiely medzi jednotlivými fotónmi nemusia byť zanedbateľné.
Budúce „filmy“ čiernych dier ukážu viac než len pohyb
Vedci dnes pracujú na vytvorení skutočného filmu čiernej diery, napríklad objektu M87*. Takýto záznam by neukázal iba pohyb horúceho plynu, ale aj samotné zvláštnosti zakriveného časopriestoru.
„Film čiernej diery by neukazoval akrečný disk v jednom okamihu. Každá snímka by kombinovala svetlo vyslané v rôznych časoch,“ upozornil Cárdenas-Avendaño.
Pri bežnom filme si divák myslí, že každý záber zachytáva rovnaký okamih udalosti. Pri čiernej diere však každý obrázok môže predstavovať zmes viacerých chvíľ. Práve preto sú čierne diery také fascinujúce. Nie sú iba extrémne gravitačné objekty, ale zároveň aj prirodzené laboratóriá, ktoré ukazujú, ako zvláštne môže fungovať svetlo a čas v najextrémnejších častiach vesmíru.
