Černá díra je extrémně hmotný objekt ve vesmíru, jehož gravitační pole je v určité oblasti časoprostoru natolik silné, že z něj nemůže uniknout žádná hmota ani elektromagnetické záření – tedy ani světlo. Právě proto jsou černé díry neviditelné a lze je detekovat pouze nepřímo, například díky jejich vlivu na okolní objekty nebo na světlo, které kolem nich prochází.
Podle astronomů se černá díra skládá z Horizontu událostí, což je pomyslná hranice kolem černé díry, po jejímž překročení už není návratu – nic, co tuto hranici překročí, nemůže uniknout zpět, protože by muselo překonat únikovou rychlost vyšší než je rychlost světla. Pod horizontem událostí má být tzv. Singularita: Bod uvnitř černé díry, kde jsou gravitační síly a hustota teoreticky nekonečně velké a kde podle současných fyzikálních teorií končí veškeré známé zákony fyziky. Kolem černé díry je gravitační čočka: Efekt, při kterém silná gravitace černé díry ohýbá dráhu světla z okolních objektů, takže je vidíme jinde, než ve skutečnosti jsou.
Černé díry nejčastěji vznikají gravitačním kolapsem velmi hmotných hvězd na konci jejich životního cyklu. Když hvězdě dojde palivo a zastaví se termojaderné reakce, hvězda už není schopná odolávat vlastní gravitaci a zhroutí se do extrémně malého objemu. Pokud je její hmotnost dostatečně velká, vznikne černá díra.
Černé díry se rozdělují na několik druhů:
Stelární (hvězdné) černé díry: Vznikají kolapsem hmotných hvězd, jejich hmotnost je několik až desítky hmotností Slunce.
Supermasivní černé díry: Nacházejí se v centrech galaxií, jejich hmotnost může být milionkrát až desetimiliardkrát větší než hmotnost Slunce.
Obří černé díry: Mají ještě větší hmotnost a nižší hustotu než menší černé díry.
Tyto objekty jsou dá se říci jednou z největších zajímavostí Vesmíru. První teoretické úvahy o objektech, z nichž nemůže uniknout ani světlo, pocházejí už z 18. století, ale moderní pojem černé díry zavedl John Wheeler v roce 1967. Černé díry lze pozorovat nepřímo, například díky rentgenovému záření z akrečních disků nebo díky gravitačním vlnám při jejich srážkách.
Černé díry vznikají několika odlišnými mechanismy v závislosti na jejich typu a hmotnosti. Zde jsou klíčové procesy:
Hvězdné černé díry
Gravitační kolaps hmotných hvězd
Vznikají při zániku hvězd s počáteční hmotností nad 25 hmotností Slunce. Po vyčerpání termojaderného paliva se jádro hvězdy zhroutí pod vlastní gravitací. Pokud překročí Tolman-Oppenheimer-Volkoffovu mez (kritická hmotnost pro vznik neutronové hvězdy), kolaps pokračuje až k vytvoření černé díry.Hvězdy 90–140 hmotností Slunce: Vytvářejí elektron-pozitronové páry, což vede k pulzacím a odvržení hmoty. Nakonec zkolabují do černé díry o hmotnosti ~40–60 Sluncí.
Hvězdy nad 250 hmotností Slunce: Procházejí fotodezintegrací (rozkladem jader gama zářením), což umožňuje přímý kolaps do černé díry bez exploze supernovy.
Srážka neutronových hvězd
Při splynutí dvou neutronových hvězd v binárním systému může výsledná hmotnost překročit kritickou mez, což vede ke vzniku černé díry.
Supermasivní černé díry
Tyto objekty s hmotností 10⁵–10¹⁰ Sluncí se nacházejí v centrech galaxií. Jejich vznik vysvětlují dvě hlavní teorie:
Postupná akrece hmoty: Malá černá díra narůstá pohlcováním plynu, hvězd a dalších černých děr po miliardy let.
Přímý kolaps obřích prachoplynových mračen: Mračna s nízkým úhlovým momentem se hroutí přímo do černé díry, obejdouce fázi hvězdy.
Primordiální černé díry
Teoreticky mohly vzniknout v raných fázích vesmíru díky extrémním fluktuacím hustoty. Dosud však nebyly pozorovány.
Výjimky a mezery
Hvězdy v rozmezí 140–250 hmotností Slunce explodují jako párově nestabilní supernovy, které je zcela zničí, aniž by zanechaly černou díru. To vytváří mezeru v pozorovaných hmotnostech černých děr (45–120 Sluncí).
Procesy vzniku ilustrují, jak extrémní fyzikální podmínky ve vesmíru formují objekty s gravitací natolik silnou, že překonávají i únikovou rychlost světla.
Nejnovější objevy v oblasti černých děr (2024–2025)
První objevená dvojhvězda v těsné blízkosti supermasivní černé díry Sagittarius A*
V lednu 2025 vědci oznámili objev první známé dvojhvězdy (systém D9) v těsné blízkosti supermasivní černé díry ve středu naší galaxie, Mléčné dráhy. Dvojhvězdný systém obsahuje dvě hvězdy o hmotnostech přibližně 2,8 a 0,73 hmotnosti Slunce, které obíhají kolem sebe jednou za 372 dní. Tento objev je zásadní pro pochopení dynamiky a vzniku hvězdných systémů v extrémních podmínkách v okolí supermasivních černých děr a otevírá možnost budoucího objevu planet v této oblasti.
Český tým astrofyziků se významně podílel na výzkumu binárního systému Swift J1727.8–1613, kde černá díra interaguje se svým hvězdným souputníkem. Pomocí družice IXPE vědci poprvé detailně změřili změny v polarizaci rentgenového záření během různých fází vzplanutí systému. Tyto změny odhalují geometrické proměny akrečního disku a koróny černé díry, což přináší zásadní poznatky o tom, jak černé díry ovlivňují okolní materiál a jak se mění jejich struktura v různých stavech aktivity.
V galaxii COS-87259 astronomové objevili jednu z nejextrémnějších supermasivních černých děr ve velmi raném vesmíru. Tato galaxie tvoří hvězdy tisíckrát rychleji než Mléčná dráha a obsahuje více než miliardu slunečních hmot mezihvězdného prachu. Pozorování pomocí radioteleskopu ALMA přináší nová vodítka ke vzniku prvních supermasivních černých děr krátce po velkém třesku.
V roce 2024 byl zaznamenán nový rekord: pár výtrysků z černé díry s délkou 23 milionů světelných let (7 megaparseků). Jde o největší známou strukturu svého druhu ve vesmíru, což umožňuje lépe pochopit, jak černé díry ovlivňují vývoj galaxií a mezihvězdného prostředí.
Nový výzkum s využitím pokročilých analytických metod umožnil objevit dosud přehlížené masivní černé díry v trpasličích galaxiích. Tyto objevy ukazují, že černé díry jsou mnohem běžnější, než se dříve předpokládalo, a rozšiřují naše chápání evoluce galaxií
Současný výzkum černých děr se zaměřuje na jejich interakce v binárních systémech, spojitost s temnou energií a revizi klasických teorií včetně informačního paradoxu. Nové observační techniky a mezinárodní spolupráce (včetně českých týmů) přinášejí překvapivé objevy, které postupně mění naše chápání těchto extrémních objektů.
Černé díry jsou často spojovány s hypotézou o existenci časoprostorových tunelů, tzv. červích děr, ale současná fyzika tuto možnost považuje za čistě teoretickou.
Proti mluví několik teorií.
Už jsme si řekli, že černá díra je objekt s tak silnou gravitací, že z něj nemůže uniknout ani světlo . Rotující černé díry (Kerrovy) vytvářejí ergosféru, kde je časoprostor strháván rotací, což umožňuje teoretické odebrání energie z černé díry .
Červí díra je ale hypotetický tunel spojující dvě místa v časoprostoru. Pro její stabilizaci by však byla potřeba tzv. exotická hmota s negativní energií, která dosud nebyla pozorována .
Problém singularity
Uvnitř černé díry leží gravitační singularita – bod nekonečné hustoty. Podle obecné relativity by jakýkoli objekt (včetně informací) procházející černou dírou byl singularitou zničen. To znemožňuje využití černé díry jako tunelu bez dalších mechanismů.
Naopak zase mluví ale jiná teorie, která popisuje možnost spojení s bílými dírami
Některé teorie navrhují, že černá díra by mohla být propojena s bílou dírou, což je hypotetický objekt vypuzující hmotu, kterou černá díra pozřela. Tento systém by tvořil červí díru, ale…
Bílé díry nebyly zatím pozorovány. A i kdyby existovaly, singularita v černé díře zůstává překážkou. Alespoň tak zatím chápeme princip černých děr. Ovšem dogmata zná jen ideologie, ale nikoliv skutečná věda, jelikož co dnes platí, zítra může být zjištěno, že to byl omyl.
V roce 2022 vědci pomocí magnetických polí vytvořili iluzi červí díry v laboratoři, šlo však pouze o analogii bez reálného časoprostorového propojení .
Ačkoli černé díry inspirovaly sci-fi představy o mezihvězdných tunelech, současná fyzika zatím neposkytuje důkazy pro jejich existenci. Hypotetické červí díry zůstávají spekulací vyžadující exotickou fyziku, která překračuje naše současné chápání vesmíru. Ovšem kdo ví, co přinese zítřek.
Černé díry nás fascinují. Nejen jako extrémní fyzikální objekty, ale i jako symboly neznáma, hranic poznání a touhy pochopit to, co je lidskému oku skryto. Jsou místem, kde se čas zastavuje, kde hmota i světlo mizí, kde končí platnost našich dosavadních teorií — a kde možná začíná něco zcela nového.
Ať už černé díry vnímáme jako zhmotnělou sílu gravitace, nebo jako metaforu lidské touhy po odpovědích, zůstávají jednou z největších záhad vesmíru. Záhadou, která nás nepřestává přitahovat — doslova i obrazně.
Jakmile jednou překročíme horizont událostí poznání, není už návratu. Ale kdo by se chtěl vracet?
(redakce)
foto: archiv
