Svetelné prstence môžu prezradiť vlastnosti čiernej diery

Nové výpočty ukazujú, že kaskáda na seba preložených svetelných prstencov vznikajúcich v okolí čiernej diery môže doslova vniesť trocha svetla do vlastností týchto tajomných objektov. Minulý rok tím astronómov združených v projekte Event Horizon Telescope (skr. EHT, slov. ďalekohľad horizontu udalostí) publikoval teraz už ikonický obrázok siluety čiernej diery v centre galaxie M 87. Vo vnútri jasného hala okolo čierneho „tieňa“ je tzv. „fotónový kruh“, ktorý označuje najtesnejšiu dráhu k čiernej diere, kde ešte môže obiehať svetlo (fotón) bez toho, aby skončil v čiernej diere. Ale v skutočnosti fotónový prstenec nie je len jeden. Je to vlastne nekonečný rad koncentrických „podprstencov“, každý z nich tenší než ten vedľa neho z vonkajšej strany (priložený obrázok). Fotóny, ktoré vytyčujú podprstence sú dočasne rukojemníkmi čiernej diery a ich dráhy sú rozptýlené jej gravitáciou.

Dráha fotónu  v jednotlivom podprstenci sa mení podľa toho, koľkokrát obehne čiernu dieru pred tým, než od nej unikne. Čím viac obehov urobí a čím bližšie leží k horizontu udalostí, tým tenší bude daný podprstenec na obrázku. Práca skupiny Harvard´s Black Hole Initiative a ďalších spolupracovníkov ukázala, že technika nazývaná interferometria s veľmi dlhou základňou (angl. very long-baseline interferometry), ktorú použil na zachytenie obrazu čiernej diery aj tím EHT, môže vystopovať hrúbku, tvar a jasnosť každého podprstenca. Tento výsledný obrázok potom prezradí ako čierna diera zakrivuje okolo seba priestoročas, čo závisí zasa na jej hmotnosti a rotácii okolo osi. Štúdiom podprstencov by sme mohli získať nielen novú cestu ako vidieť túto „gravitačnú krajinu“, ale mohli by nám niečo povedať práve o týchto dvoch vlastnostiach definujúcich čiernu dieru – teda o jej hmotnosti a rotácii, vysvetľuje v časopise Science Advances Michael Johnson (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian, USA) so spolupracovníkmi. Zatiaľ čo výskum fotónových prstencov čiernych dier ostáva mimo dosah súčasného EHT, sieť ďalekohľadov by sa mohla presunúť do vesmíru. Zrejme vtedy by už astronómovia nemuseli zobrazovať viac než prvý pár podprstencov. Kombináciou pozorovaní z kozmických ďalekohľadov a z  pozemných rádioteleskopov by sme tak mohli odhaliť, čo čierna diera robí s priestoročasom, ktorý krúži okolo nej.

Publikované v časopise QUARK 12/2020, RNDr. Zdeněk Komárek

Text k obrázku: Umelecký koncept ukazuje, ako sa dajú niektoré podprstence (vpravo) skombinovať tak, aby vytvorili fotónový prstenec obkolesujúci čiernu dieru v galaxii M 87 (simulácia vľavo pred znamienkom „=“)

Zdroj obrázka: https://skyandtelescope.org