Thread by @Mitokochan

Vítám všechny u dalšího pátečního vlákna! Dnes se podíváme na update fotografie černé díry, který můžete vidět na obrázku, a povíme si, co vlastně tahle fotografie znázorňuje a jestli to potvrzuje naše teorie o gravitaci. #fyzivlakno

Pokud vás zajímá teorie za černými děrami a prošvihli jste moje vlákna, tak tady je najdete tematicky seřazené:

https://twitter.com/Mitokochan/status/1375546390168895489

Před 55 miliony let vyletěly fotony z centra galaxie s názvem M87, aby následně po překonání obrovských vesmírných vzdáleností přistály do našich detektorů. Samotný experiment a způsob, jakým získával data, je nesmírně zajímavý.

Jedná se totiž o soubor detektorů rozmístěných po celé zeměkouli, které dohromady tvoří obří interferometr. Pokud by vás zajímaly detaily experimentu, mrkněte na jejich stránky: eventhorizontelescope.org/about

Detaily o tom, jak se nabíraly data, pak najdete i zde: scitechdaily.com/event-horizon-…

Každopádně, předtím, než si vysvětlíme, jak obrázek nahoře interpretovat, ukážeme si, co vlastně znázorňuje ten první obrázek, který je bez těch čar. Co to vlastně v EHT vyfotili?

Když se nad tím zamyslíme, dojde nám, že to není jen černá díra sama o sobě, protože to bychom na fotce neviděli nic. Černá díra je totiž přeci černá. Kde se tedy bere to červeno-žluto světlé okolo toho?

Ta věc, kterou na obrázku vidíme jako donut, se jmenuje akreční disk a v zásadě se jedná o hmotu, která obíhá černou díru a je vlivem jejího silového působení tak urychlená, že vyzařuje elektromagnetické záření.

Jedná se o neskutečně horkou a rychle se pohybující hmotu, která září a kterou tedy můžeme vidět. To, co se nachází uvnitř donutu, tedy ten prostor uvnitř akrečního disku, ale ještě není tak úplně samotná černá díra.

Tento prostor (znázorněn modře), který má pro nerotující černé díry poloměr trojnásobku Schwarzschildova poloměru (R_S), představuje poslední stabilní oběžnou dráhu pro hmotné částice. Cokoliv hmotného, co se dostane za tuto dráhu, nutně spadne do černé díry.

Ve vzdálenosti 1.5 Schwarzschildova poloměru ještě existuje jedna stabilní oběžná dráha (žlutá) a to pro světelné částice, fotony. Jelikož je světlo nehmotné a pohybuje se rychlostí, které žádná hmotná částice nemůže dosáhnout, existuje tato oběžná dráha mnohem blíž černé díře.

Jedná se o celkem zajímavou oblast vesmíru — kdybyste se tam mohli ocitnout a zůstat tam viset, viděli byste před sebou sami sebe zezadu, jelikož světlo, které se odrazilo od vás, oběhlo černou díru a vrátilo se zpátky k vám.

Každopádně kvůli všem těhle věcem není interpretace obrázku vůbec jednoduchá; jsme totiž zvyklí vídat věci v plochém časoprostoru, kde se světlo pohybuje přibližně jako rovná čára.

Okolo černé díry ale tahle pravidla neplatí, světlo se všelijak ohýbá a cestuje tak podivně, že jsme z toho zmatení. Proto ta černá oblast, kterou vidíme uvnitř akrečního disku, není horizont událostí, tedy samotná černá díra.

Je to oblast, kde černá díra zakřivuje časoprostor natolik, že veškeré světlo buď spadne dovnitř, jak to můžete vidět na obrázku, nebo oběhne černou díru a uletí pryč.

Tedy to, co vidíme, je stín, který černá díra vytvoří. Oblast, kde je pohlcené veškeré světlo a proto se k nám žádné nedostane.

Reálně tedy to, co vidíme, je odvrácená část černé díry! Prostě zepředu vidíme i to, co je vzadu, tak moc šílený jsou zákony fyziky okolo černých děr.
Aby toho nebylo málo, tak akreční disk určitě vůči nám nebude v takové pozici, abychom ho viděli “zeshora”.

Spíše ho uvidíme pod nějakým úhlem, viz obrázek, kde zelená osa znázorňuje, podél čeho se disk otáčí směrem k nám.

Dále (opět kvůli zakřivení časoprostoru) uvidíme dokonce i tu část disku, který je z našeho pohledu za černou dírou.
Hmota, která se pohybuje od nás, bude vlivem Dopplerova efektu tmavější. Naopak ta hmota, která se bude pohybovat k nám, bude vypadat světleji.

Výsledkem je proto přesně to, co můžeme vidět v Interstellaru.
Dobrá dobrá, co tedy znázorňují ty čáry, které vidíme v nových obrázcích? Znázorňují polarizované světlo. Hned vysvětlím, co tím myslím a co to znamená.

Polarizace u světla je vlastnost, podobně jako například vlnová délka, která určuje barvu, nebo rychlost šíření, která ve vakuu je rovna konstantě c, v materiálech (třeba ve vodě nebo ve vzduchu) je trochu menší. Lidské oko polarizaci bohužel nevidí, ale někteří jiní tvorové ano.

Například včely jsou vůči polarizaci citlivé a umí díky ní určit směr, kterým se mají vydat, aby se dostaly na šťavnatou louku.
Je to taky důvod, proč jsou včely zmatené za okny; sklo mění polarizaci, což my sice nevidíme, ale včelám to bourá jejich orientační smysl.

Zpět ale k černým dírám. Na směr polarizace světla mají vliv magnetická pole, která se v prostoru nachází, proto jsme díky měřením polarizace schopni vydedukovat, že se v okolí černé díry nachází nesmírně silný zdroj magnetického pole.

Černé díry jsou ve všech směrech extrémní a proto je i jejich magnetické pole nesmírně silné. Dokonce tak silné, že jeho působení na světlo můžeme vidět i ve vzdálenosti 1300 světelných let!

Teoretizuje se, že původ tohoto magnetického pole je právě v akrečním disku. Jaký je však přesně mechanismus vzniku, to zatím nevíme a budeme potřebovat více dat. Dosavadní data zatím však potvrzují naše teorie, což je skvělá zpráva.

Například se potvrdilo, že akreční disk skutečně rotuje tak, jak jsme si dosud představovali a důkazem jsou právě ony linie, které můžeme vidět.

Více detailů a teorií za znázorněným magnetickým polem, které se bohužel už do tohoto vlákna nevejdou, najdete tu: eventhorizontelescope.org/blog/astronome…

Další dobrý zdroj informací je následující video, které rozhodně doporučuju:

A s tímto se s vámi dneska rozloučím. Díky moc, pokud jste to dočetli až sem. Jestli se vám vlákno líbilo a myslíte si, že by se mohlo líbit i dalším, dejte mi prosím rtw.
Jinak vám přeju krásný zbytek večera, krásný víkend a na viděnou za týden! ❤️