Jedny hvězdné špagety pro černou díru, prosím  
Odborný časopis Monthly Notices of the Royal Astronomical Society zveřejnil studii, v níž astronomové Kalifornské univerzity v Berkeley popisují porcování hvězdy slapovými silami černé díry.

Pokud se hvězda (červená stopa) zatoulá příliš blízko černé díry (na obr. vlevo), může být intenzivní gravitací roztrhána – „špagetifikována“. Část hmoty hvězdy víří kolem černé díry a vyzařuje velké množství rentgenového záření (znázorněné modře). Studie těchto „slapových roztržení“ naznačují, že značná část plynu hvězdy je vyvržena ven, což v některých případech vytváří oblak zahalující akreční disk a vysokoenergetické děje probíhající uvnitř. Kredit: NASA/CXC, M. Weiss
Pokud se hvězda (červená stopa) zatoulá příliš blízko černé díry (na obr. vlevo), může být intenzivní gravitací roztrhána – „špagetifikována“. Část hmoty hvězdy víří kolem černé díry a vyzařuje velké množství rentgenového záření (znázorněné modře). Studie těchto „slapových roztržení“ naznačují, že značná část plynu hvězdy je vyvržena ven, což v některých případech vytváří oblak zahalující akreční disk a vysokoenergetické děje probíhající uvnitř. Kredit: NASA/CXC, M. Weiss

Víte, co astronomové míní, když řeknou „špagetování“ nebo „špagetifikace“ (spaghettification)? Jestli víte, nebo jen hádáte, že jde o deformaci hmotného tělesa padajícího k černé díře, máte pravdu. V její blízkosti i na nepatrný objekt velikosti člověka působí obrovská gravitační síla s tak velkým gradientem, že než navždy zmizí za hranicí událostí, je těleso postupně porcováno na molekuly a atomy, jež se uspořádají do podélného, postupně se natahujícího pruhu po spirále se řítícího do nenávratna. Ve starším krátkém videu pod textem to stručně popisuje známý americký astrofyzik a popularizátor Neil deGrasse Tyson. Jeho slova asi zklamou ty, kteří podlehli sci-fi kouzlu jakékoli formy kosmického časoprostorového cestovaní přes černé díry.

 

Souhvězdí Eridanu je dlouhé souhvězdí, které se klikatí jako řeka jižní oblohou. Z naší zeměpisné šířky můžeme vidět jeho severní část. Již Egypťané v něm viděli obraz posvátného Nilu. Podle pověsti, ve vlnách řeky Eridanus skončil mytologický Faethón, syn boha slunce Hélia a jeho milenky Klymené. Kredit: Torsten Bronger, Wikipedia CC 3.0 https://en.wikipedia.org/wiki/User:Bronger
Souhvězdí Eridanu je dlouhé souhvězdí, které se klikatí jako řeka jižní oblohou. Z naší zeměpisné šířky můžeme vidět jeho severní část. Již Egypťané v něm viděli obraz posvátného Nilu. Podle pověsti, ve vlnách řeky Eridanus skončil mytologický Faethón, syn boha slunce Hélia a jeho milenky Klymené. Kredit: Torsten Bronger, Wikipedia CC 3.0

Špagetifikování“ lidské posádky i s jejich vesmírným plavidlem je naštěstí zcela hypotetické, každé známé černé monstrum je pro nás v bezpečné, nedosažitelné vzdálenosti. Nicméně astronomové byli svědky takového slapového cupování hvězdy, která se přiblížila k hladovému temnému monstru natolik, že jeho přitažlivé síle již nemohla odolat.


V roce 2019 astronomové z Kalifornské univerzity v Berkeley zaregistrovali „špagetifikaci“ hvězdy velikosti Slunce milionkrát hmotnější černou dírou, číhající asi 214 milionů světelných let (65,6 Mpc) od Země. Drama označené jako AT2019qiz se v době pozemského svrchního triasu odehrálo v jedné spirální galaxii v souhvězdí Eridanu. Šlo o nejbližší doposud registrovanou událost svého druhu. A byla navíc dostatečně jasná, aby umožnila vědcům pomocí analýz polarizace zachyceného světla studovat, co se dělo poté, kdy slapové síly působící na hvězdu převýšily její vlastní gravitaci a roztrhaly ji.

Hlavní autor studie Kishore Patra, postgraduální student na Kalifornské univerzitě Berkeley Kredit: Department of Astronomy, University of California at Berkeley
Hlavní autor studie Kishore Patra, postgraduální student na Kalifornské univerzitě Berkeley Kredit: Department of Astronomy, University of California at Berkeley

 

Tento rozpad je explozivní, přičemž dochází k výraznému zjasnění objektu. Vědci záblesk zachytili 8. října 2019 na kalifornské Lickově observatoři pomocí 3metrového Shaneova dalekohledu. Jeho součástí je spektrograf Kast, jenž umožňuje určit polarizaci světla v celém optickém spektru. Pro zajímavost hodno dodat, že jde o observatoř univerzitní.


Stále s úsměvem. Několika cenami poctěný profesor astronomie Alex (Alexej Vladimir) Filippenko je veřejností známý díky popularizacir astronomie. Kredit: Department of Astronomy, University of California at Berkeley
Stále s úsměvem. Několika cenami poctěný profesor astronomie Alex (Alexej Vladimir) Filippenko je veřejnosti známý díky popularizaci astronomie. Kredit: Department of Astronomy, University of California at Berkeley

Získané údaje a jejich analýzy vedly k závěrům, že možná až polovina materiálu roztrhané hvězdy byla obrovskou rychlostí asi 10 000 kilometrů za sekundu, tedy více než 3 % rychlosti světla, vyvržena do prostředí. Vznikl oblak, který nebyl asymetrický, jak se dalo podle předpokladů očekávat, ale vytvořil gigantickou kouli o poloměru až stonásobku průměrné vzdálenosti Země – Slunce, tedy 100 astronomických jednotek (AU). Ten odstínil podstatnou část polarizovaných vysokoenergetických, převážně rentgenových emisí vznikajících při pádu zbylé části rozpadlé hvězdné matérie do černé díry.

 

Shaneův 3metrový dalekohled v kupole Lickovy observatoře na hoře Hamilton v San Jose v Kalifornii. Kredit: Hkhandrika, Wikipedia CC 3.0
Shaneův 3metrový dalekohled v kupoli Lickovy observatoře na hoře Hamilton v San Jose v Kalifornii. Kredit: Hkhandrika, Wikipedia CC 3.0

Pozorování uskutečněná 6. listopadu 2019, čili o 29 dní později, zachytila i světlo mírně polarizované (asi 1%), což naznačuje, že gigantická kulová plynná stínící obálka se rychlým rozpínáním a výrazným omezením přísunu nového materiálu ztenčila natolik, až začala propouštět světlo asymetrické akreční plynné struktury kolem černé díry.

 

"Samotný akreční disk je dostatečně horký, aby vyzařoval většinu svého světla v rentgenovém záření, ale toto světlo musí projít vnějším sférickým mrakem, v němž existuje mnoho rozptylů, absorpcí a re-emisí záření, než se mu podaří uniknout z této obálky," vysvětluje hlavní autor studie Kishore Patra, postgraduální student na Kalifornské univerzitě Berkeley. „S každým z těchto procesů rentgenové záření ztrácí část energie a přechází do ultrafialové a optické oblasti spektra. Výsledný rozptyl pak určuje polarizační stav fotonu. Z měření polarizace můžeme odvodit geometrii povrchu, kde dochází ke konečnému rozptylu."


"Je to poprvé, co někdo odvodil tvar oblaku plynu v okolí slapově špagetifikované hvězdy. A studium polarizovaného světla nám ve skutečnosti pomáhá odvodit některé informace o rozložení hmoty při této explozi nebo, jako v tomto případě, jak je plyn - a možná i akreční disk - kolem černé díry tvarován
," říká Alex Filippenko člen výzkumného týmu, profesor astronomie na Kalifornské univerzitě v Berkeley. Jde o známého astronoma, a to nejen v USA. Byl členem výzkumného týmu Supernova Cosmology Project, jenž souběžně se skupinou High-z Supernova Search Team (k níž Filippenko patřil později) odhalil, že vesmír se rozpíná stále rychleji, což vedlo k zavedení temné energie.

 

Video: Špagetování objektů černými děrami vysvětleno Neilem De Grasse Tysonem (překlad pod videem)

Překlad:

Co kdybyste někdy přemýšleli, co by se stalo, kdybyste spadli do černé díry. Nejprve nějaké souvislosti. Černé díry jsou oblasti prostoru, kde je gravitace tak vysoká, že struktura prostoru a času se zakřivila zpět do sebe sama a vzala s sebou i dveře, jimž lze vyjít ven. Světlo je nejrychlejší věc ve vesmíru. Ani světlo nemůže uniknout, ani vy, což je důvod, proč těmto věcem říkáme černé díry. Hranici, zpod níž světlo nemůže uniknout, nazýváme horizont událostí. Všechny věci uvnitř horizontu událostí se zhroutily do nekonečně malého bodu ve středu. Připraven? Jdeme na to! Budu padat do černé díry nohama napřed. Jak se přibližuji, síla gravitace astronomicky roste, ale já ji necítím, protože – jako cokoli jiného při volném pádu – jsem ve stavu beztíže. Ale začínám cítit něco jiného, něco zlověstného. Moje nohy jsou blíž k černé díře, takže na ně gravitace působí silněji než na mou hlavu. Tento rozdíl v síle od hlavy k patě, který je normálně nepatrný a na místech, jako je Země si ho nevšimneme, při pádu k černé díře působí jako natahovací síla. Kdybychom byli vyrobeni z gumy, tak se prostě natáhnu, ale naše těla se skládají z věcí, jako jsou kosti, svaly a orgány. Zůstanu vcelku, dokud natahovací síla nepřekročí molekulární vazby v tkáních mého těla. V tu chvíli by se mé tělo roztrhne na dva segmenty, a to není ta nejhorší část. Všechno ze mě, co kdy bylo, jakoby trychtýřem přeteče do středu černé díry. Takže jsem byl nejen roztržen napůl, ale jsem protlačován skrz strukturu prostoru a času jako zubní pasta hrdlem tuby. Jak padám dál, rozdíl v gravitaci se stále zvětšuje, a to roztrhne každý z mých dvou segmentů těla na další dva segmenty a tak dál. Mé tělo se rozděluje na stále větší počet částí až k samotným atomům a dál a zanechává rozpoznatelnou přehlídku částí díla, které ještě před pár okamžiky byly mnou. Hele, a máme slovo pro tuto příčinu smrti: „špagetifikace“ (spaghettification)

 

Literatura: UC Berkeley News, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, arXiv.org

Datum: 14.07.2022
Tisk článku

Související články:

Tajemné blýskání černých děr     Autor: Dagmar Gregorová (08.02.2022)
Rychle rostoucí supermasivní černá díra "sežere" 1 Zemi za sekundu     Autor: Stanislav Mihulka (16.06.2022)
O hvězdě s nejkratší oběžnou periodou kolem supermasivní černé díry Sgr A*     Autor: Dagmar Gregorová (07.07.2022)



Diskuze:

Kolik

Mojmir Kosco,2022-07-16 07:41:11

Hmoty se dostane za hranicí událostí?skoro mám dojem že žádná.

Odpovědět

Pavel Ondrejovic,2022-07-15 23:25:32

Tak nejak si "odjakziva" predstavujem, ze cierna diera je bodka a horiont udalosti je virtulna sfera okolo nej (ked pominieme rotaciu).

Pred par rokmi som niekde videl clanok popisujuci, ze pod horizontom udalosti dostatocne velkej ciernej diery by kludne mohla byt obyvatelna planeta. Netusi niekto kde by mohol taky text byt? Google mi to nechce prezradit :).

Odpovědět

Max Karas,2022-07-15 09:26:34

Proč tam autor píše, že " tu chvíli by se mé tělo roztrhne na dva segmenty" a dále pak "to roztrhne každý z mých dvou segmentů těla na další dva segmenty a tak dál". Pokud je tam ten gradient tak velký, tak nemělo by to začít natahováním za nejbližší část a to způsobem, že se tělo jakoby "vycucne"? Proč by to mělo tělo roztrhnout na dva kusy? A ty kusy na další kusy? Není vycucnutí logičtější?

Odpovědět


Re:

Florian Stanislav,2022-07-15 21:35:46

Pružné a tažné těleso (lano, gumička, proužek plastu, vlas, špageta, nudle z polívky) se při tahu na koncích přetrhne na dva kusy v nejslabším místě. Zúžené ( pevnostně slabé) místo má po natažení menší průřez a tedy je v něm postupně stále větší napětí až praskne. Roztržené části mají opět někde nejslabší místo a tam znovu prasknou. Což článek popisuje srozumitelně.
Vycucnout se může kapalina z hadice, což případ lidského těla zrovna není.
Proud vody ze zahradní hadice se štěpí na četné kapky hlavně v části, kdy proud začíná klesat. Proud zpomaluje odpor vzduchu, neklesá tedy volným pádem. Gradient vzrůstu gravitační síly blíž k povrchu je velmi malý, na rozbití proudu vody mají vliv náhodné jevy.
Není to příklad blízký špagetizaci u černé díry.

Odpovědět


Re: Re:

Max Karas,2022-07-16 08:55:14

Tomu rozumím, ale pokud je tam gradient tak velký, jak se popisuje, neměl by začít odtrhávat hmotu z nejbližšího místa? Pokut tam poletí člověk, nohama napřed, tak neměl by rozklad začít tak, že se hmota začne odtrhávat od palce a celé tělo se postupně rozpadne postupně ve směru gradientu? To nedává smysl, že by to trup nejdříve v půli přetrhlo na dvě části, stejně tak nedává smysl, že to následně přetrhne napůl nohy. Řekl bych, že by tělo mělo začít odspodu mizet, jak se bude hmota odtrhávat ve stále menších a menších částech až na úroveň atomů atd. Ale postupné dělení vždy na dvě části mi smysl nedává.

Odpovědět


Re: Re: Re:

Florian Stanislav,2022-07-16 15:45:29

Ano.
Článek si lehce odporuje sám sobě :"V tu chvíli by se mé tělo roztrhne na dva segmenty,..Takže jsem byl nejen roztržen napůl, ale jsem protlačován skrz strukturu prostoru a času jako zubní pasta hrdlem tuby."
Takže napřed mluví o segmentech ( tedy ne půlkách), pak o půlkách, ale v souvislosti s tím, kde půlky nejsou (protlačování hrdlem tuby).

Odpovědět

Supermasivní černé díry

Jan Turoň,2022-07-14 17:08:54

U supermasivních černých děr by na horizontu událostí nemusel být gradient dost prudký na špagetifikaci. Čím víc se padající člověk blíží rychlosti světla relativně ke středu černé díry, tím pomaleji pro něj plyne čas. Na horizontu událostí by tedy na kratičký okamžik mohl vidět zánik většiny vesmíru, která se nepohybuje podobným směrem a rychlostí jako on. Kratičký z jeho pohledu - z toho našeho nekonečně dlouhý. Částice z naší perspektivy do středu černé díry tedy nikdy nedoletí a za horizontem událostí už nikdo nemá čas se tím zabývat.

Odpovědět


Re: Supermasivní černé díry

Dagmar Gregorová,2022-07-14 21:56:29

Na horizontu událostí již dávno nikdo nebude žít, natož aby něco viděl. Ano, když počítáte G=m1xm2/r^2, tak výška člověka při větším m2 a r hraje menší roli (je menší gradient mezi hlavou a nohami)... ale nemyslím, že by jakékoli těleso "přežilo" spirálu smrti v akrečním disku rotující gigantické černé díry v celku. Možno se pletu, ale materiál do ní padá ve formě děsně horkého plazmatu...

Odpovědět


Re: Re: Supermasivní černé díry

Jan Turoň,2022-07-14 22:35:56

To neplatí, to se neřeklo! Neil na tom videu od akrečního disku diskrétně abstrahoval. "Spirála smrti" je emočně zabarvený výraz podsouvající čtenáři, že jde o něco nebezpečného. Stačí přece trocha otužování: pár minut tvrdého gama záření denně, ranní koupel v Bose-Einsteinově kondenzátu a po čase si člověk na ten akreční disk zvykne. Citlivky si mohou najít nějakou méně divokou supermasivní černou díru v nejbližším voidu.

Odpovědět


Re: Re: Re: Supermasivní černé díry

Dagmar Gregorová,2022-07-15 02:10:31

:)
Obávám se, že se většina z nás nyní bude, chca-nechca, cvičit v jiných, realističtějších dovednostech jak přežít. A jestli to dopustíme... tak i s tím ionizujícím zářením.

Odpovědět


Re: Supermasivní černé díry

Pavel A1,2022-07-15 17:36:07

U černých děr je jejich velikost úměrná jejich hmotnosti, ale gravitační zrychlení na horizontu událostí je nepřímo úměrné druhé mocnině hmotnosti a slapové síly (které způsobují onu špagetizaci) jsou dokonce nepřímo úměrné třetí mocnině hmotnosti. Takže u supermasivní černé o hmotnosti miliardy Sluncí by bylo gravitační zrychlení na horizontu událostí miliónkrát menší než u černé díry s hmotností miliónu Sluncí a slapové síly by byly dokonce miliardkrát slabší. Pokud by se dalo procházet po horizontu událostí supermasivní černé díry s hmotností desítek miliard Sluncí, tak by tam byla gravitace zhruba stejná, jako na Zemi.

Pro člověka padajícího do černé díry běží čas stále stejně rychle (je to jeho vlastní čas), jen pro nekonečně vzdáleného pozorovatele to vypadá, jako kdyby se mu čas zpomaloval a na horizontu událostí jako by se mu čas zastavil.

Dalším tradovaným omylem o černých děrách je, že to jsou nejhustší objekty ve Vesmíru. No, nejsou. Protože rozměr černé díry je úměrný její hmotnosti, její hustota (bráno jako její hmotnost vydělená objemem uzavřeným horizontem událostí) klesá s třetí mocninou její hmotnosti a supermasivní černé díry jsou řidší než vzduch.

Odpovědět


Re: Re: Supermasivní černé díry

Dagmar Gregorová,2022-07-15 19:40:59

Neplatí pro jakýkoli horizont událostí jakékoli černé hvězdy, že se na něm úniková rychlost = rychlosti světla? Může tam být "gravitace zhruba stejná, jako na Zemi"?

Odpovědět


Re: Re: Re: Supermasivní černé díry

Dagmar Gregorová,2022-07-15 20:20:17

oprava: černé díry, ne hvězdy

Odpovědět


Re: Re: Re: Supermasivní černé díry

Pavel A1,2022-07-15 23:42:30

Úniková rychlost je rychlost, kterou potřebujete, abyste se z daného místa dostala do nekonečna. Nic vám nebrání si i na horizontu černé díry povyskočit (pokud by se tam dalo stát), stejně jako si můžete povyskočit na Zemi a neodletíte přitom do Vesmíru.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Supermasivní černé díry

Dagmar Gregorová,2022-07-16 05:38:48

To bych pak mohla z takového horizontu událostí supermasivní černé díry vystřelit raketu rychlostí 12 km/s a ona by uletěla do vesmíru. Nezdá se Vám to jako paradox s tím, že zpod horizontu událostí neunikne ani foton? Proč kolem supermasivní černé díry vznikají tak nepředstavitelně bláznivě-děsivé děje? "Schwatzschildův poloměr je poloměr od středu nerotující černé díry, kde je gravitace tak silná, že z ní nemůže uniknout ani světlo"... to je "lidově" přeložená definice. Nemyslím si, že na jakémkoli Scharz. poloměru bych si "povyskočila".

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Supermasivní černé díry

Pavel A1,2022-07-16 08:48:27

Definice černé díry je, že z ní nic nemůže uniknout DO NEKONEČNA. Poskočit si a vrátit se zpátky je možné.

A raketou letící rychlostí 12km/s od horizontu jen popoletíte, ale neodletíte do nekonečna. Proč u Země ano a u černé díry ne, když říkám, že u supermasivní černé díry je gravitace na horizontu událostí srovnatelná se Zemí?

Protože se musí rozlišovat lokální a globální gravitační pole. OTR popisuje gravitační pole jako zakřivení časoprostoru, ale tento křivý časoprostor je slepený z kousků plochého prostoru. Podobně jako povrch Země je křivý, ale mapu malého kousku Země namalujete na rovný papír. Křivost prostoru pak rozhoduje o tom, jak velké (nebo malé) kousky plochého prostoru můžu lepit k sobě, abych dostal dostatečně přesný popis pole. A protože na horizontu událostí supermasivní černé díry je zakřivení prostoru malé, můžu zde k popisu gravitace použít stejně velké kousky plochého prostoru jak při popisu gravitace na Zemi. Jenže úniková rychlost, to už je projev globálního působení gravitačního pole, při jejím výpočtu musím vzít do úvahy mnoho kousků plochého prostoru a kolem černé díry se to globální gravitační pole poskládá jinak než kolem Země. Proto může současně na horizontu událostí být lokálně gravitační pole srovnatelné se Zemí, ale globální úniková rychlost se lišit.

Odpovědět


Re: Re: Supermasivní černé díry

Dagmar Gregorová,2022-07-15 19:49:19

Nějak mi boříte představy:" Protože rozměr černé díry je úměrný její hmotnosti, její hustota (bráno jako její hmotnost vydělená objemem uzavřeným horizontem událostí) klesá s třetí mocninou její hmotnosti a supermasivní černé díry jsou řidší než vzduch."
Když vyjdu z představy, že černé díry tvoří hmota gravitačně degenerovanější než je u neutronových hvězd, magnetarů... z jejichž povrchu stále může elmag. záření unikat... ?
Nabídněte prosím studijní link, dík.

Odpovědět


Re: Re: Re: Supermasivní černé díry

Pavel A1,2022-07-15 23:40:06

Vše co jsem naspal je jen triviálním důsledkem toho, že Schwarzschildův poloměr černé díry (https://en.wikipedia.org/wiki/Schwarzschild_radius) je přímo úměrný hmotnosti černé díry.

Odpovědět


Re: Re: Supermasivní černé díry

Pavel A1,2022-07-16 08:34:44

Omlouvám se za omyl, ale gravitační zrychlení na horizontu událostí je nepřímo úměrné hmotnosti a slapové síly (které způsobují onu špagetizaci) jsou dokonce nepřímo úměrné druhé mocnině hmotnosti.

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace