Hlavní obsah
Fyzici pomocí gravitačních vln potvrdili Hawkingův teorém o černých dírách. Počítačová simulace ukazuje kolizi dvou černých děr, které pak vygenerovaly signál gravitační vlny označený GW150914. Horizont událostí černých děr se nezmenšil - právě naopak. Foto: Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) project. Courtesy of LIGO

Hawking měl pravdu. Černé díry se po srážce nezmenšují

Existují pravidla, která musejí dodržovat i ty nejextrémnější objekty v kosmu. Hlavní zákon pro černé díry předpovídá, že oblast jejich horizontů událostí - hranice, za kterou už nemůže nic uniknout - by se nikdy neměla zmenšovat. Tento teorém matematicky odvodil již v roce 1971 slavný britský teoretický fyzik Stephen Hawking. Nyní, půlstoletí poté, vědci potvrdili, že se nemýlil.

Fyzici pomocí gravitačních vln potvrdili Hawkingův teorém o černých dírách. Počítačová simulace ukazuje kolizi dvou černých děr, které pak vygenerovaly signál gravitační vlny označený GW150914. Horizont událostí černých děr se nezmenšil - právě naopak. Foto: Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) project. Courtesy of LIGO
Hawking měl pravdu. Černé díry se po srážce nezmenšují

Ve své teorii Hawking předpokládal, že se celková plocha horizontu událostí jakékoli skupiny černých děr nikdy nesmrští.

Vědci pod vedením odborníků z Massachusettského technologického institutu (MIT) v Cambridge v USA analyzovali dvě černé díry, které se spojily a vytvořily větší černou díru spolu s obrovským množstvím energie, která se vlnila napříč časoprostorem jako gravitační vlny. Hawkingův teorém o oblasti černých děr poprvé potvrdili právě pomocí pozorování gravitačních vln, informoval list The Daily Mail.

Černé díry jsou velmi hmotné objekty, které mají natolik silnou gravitaci, že žádný objekt, včetně světla či jiného záření, je nemůže opustit. Úniková rychlost z černé díry je vyšší než rychlost světla. Podle teorie relativity není nic rychlejšího než světlo, tudíž nic nemůže tuto hranici opustit. Nelze proto získat informace o hmotě v černé díře.
Černou díru dělá černou tzv. horizont událostí, jenž je jakousi hranicí černé díry a místem kolem ní, ze kterého se již nejde dostat, ani vyslat ven jakýkoli signál.

Fyzici z MIT a dalších vědeckých institucí analyzovali, jak dopadla srážka či splynutí dvou černých děr pozorovaná pomocí gravitačních vln. Šlo o událost s označením GW150914 - vůbec první detekovaný signál gravitačních vln, který v roce 2015 zachytila americká observatoř LIGO.

Obě černé díry měly nejprve plochu horizontu asi 235 tisíc kilometrů čtverečních, po srážce 367 tisíc km čtverečních.

Signál z GW150914 i s využitím počítačové simulace se zkoumal před a po vesmírné kolizi černých děr právě z hlediska platnosti Hawkingova teorému. Výzkumníci zjistili, a to s 95procentní spolehlivostí, že celková plocha horizontu událostí se po splynutí děr skutečně nezmenšila.

„Nové výpočty naopak ukázaly, že celková plocha horizontu událostí dvou spojených černých děr byla větší než součet dvou menších děr,“ stojí v aktuálně zveřejněné studii v Physical Review Letters.

Konkrétní výsledek zněl následovně: obě černé díry měly nejprve plochu horizontu asi 235 tisíc kilometrů čtverečních, po srážce 367 tisíc km čtverečních, píše se na webu MIT.

Pomoc od Einsteina

Hawking svoji 50 let starou hypotézu odvodil z teorie relativity Alberta Einsteina, která předpověděla existenci gravitačních vln a černých děr. Nynější potvrzení Hawkingova teorému tedy dále upevňuje pozici Einsteinovy teorie.

Čerstvě získaná data potvrzují, že velikost černých děr se časem nesnižuje, rozhodně tedy ne u všech. Při veškerých změnách černých děr by tedy měla plocha horizontu událostí růst nebo se alespoň nezmenšovat - analogicky jako roste entropie (míra neuspořádanosti systému), tvrdí vědecký tým.

Toto bylo dříve vědcům jasné při pádu „normálního“ předmětu do černé díry (černá díra se zvětší, tedy i plocha horizontu), méně jasné však v případě fúze dvou černých děr, kdy se sčítají dvě plochy.

Hawkinga to velmi zajímalo

Za zmínku též stojí, že když se ještě žijící Hawking (zemřel 14. března 2018) dozvěděl o záznamu fúze černých děr, kontaktoval spoluzakladatele LIGO Kipa Thorna z Kalifornského technologického institutu. Chtěl vědět, zda by z detekovaných gravitačních vln šlo potvrdit jeho větu o ploše horizontu. To ale ještě nebyla k dispozici technologie, která by umožnila dané údaje ze signálu gravitačních vln získat.

V roce 2019 s ní ale přišel Maximiliano Isi z MIT, který je i hlavním autorem nově zveřejněné studie. Jeho technika umožnila extrahovat ze signálu „dozvuky“, které následují po maximu signálu - samotné srážce. Z nich šlo spočítat hmotnost a spin (moment hybnosti) výsledné černé díry, z hmotnosti posléze i plocha horizontu událostí.

Fyzik Thorne pak s odkazem na Hawkinga navrhl, aby se podobně analyzoval i signál před vrcholem, který odpovídal původním dvěma černým dírám.

Podle vědců sice nejde o „nezvratné a všeobecně platné potvrzení“ Hawkingova teorému, jelikož černé díry i jejich fúze mohou být různého typu, s vyvrácením se však v odborné komunitě příliš nepočítá.

yknivoNumanzeSaNyknalC
Sdílejte článek

Reklama

Výběr článků