Za hranice představivosti: Jak velká může být teoreticky černá díra?
Černé díry dokážou vyrůst do gigantických rozměrů, i jejich zdánlivě nekonečný apetit ale má své hranice dané fyzikou i samotnou historií vesmíru. Jak moc velké mohou černé díry být?
Černé díry patří k nejzáhadnějším a nejextrémnějším objektům ve vesmíru. Některé z nich mají hmotnost milionkrát nebo dokonce miliardkrát větší než naše Slunce. Existuje ale vůbec nějaký horní limit velikosti černé díry?
Objev kosmického monstra
V 60. letech 20. století astronomové objevili objekt s označením 3C 273 v souhvězdí Panny, který vydával silné rádiové vlny, jinak byl ale „neviditelný“. V místě, kde se nacházel zdroj těchto vln, později vědci objevili slabě zářící objekt, který zpočátku vypadal jako hvězda. Další pozorování ale ukázalo, že se nejedná o hvězdu, nýbrž o kvazar – extrémně jasné jádro vzdálené galaxie napájené supermasivní černou dírou. V tomto případě šlo o černou díru s hmotností kolem 900 milionů Sluncí – monstrum na hranici tehdejší představivosti.
Dnes víme, že většina velkých galaxií má ve svém středu podobnou supermasivní černou díru. Díky Hubbleově a dalším teleskopům víme, že takových gigantů mohou být biliony jen v pozorovatelném vesmíru.
Kosmičtí otesánkové
I když černá díra může pohltit vše, co se k ní přiblíží, většina hmoty se k ní nikdy nepřiblíží na dostatečně krátkou vzdálenost. Navíc i samotné „krmení“ má svá fyzikální omezení.
Materiál, který se k černé díře přiblíží, do ní nezačne padat přímo. Místo toho se roztočí v divoké spirále a vytvoří tzv. akreční disk, ve kterém se zahřívá na miliony stupňů. Právě tento rozžhavený disk jasně září, což umožňuje černé díry detekovat.
Během ohřívání vyzařuje akreční disk silné záření a magnetická pole, které může další materiál odfouknout. Vzniká tím tzv. Eddingtonův limit – přirozená hranice toho, kolik materiálu může černá díra v daný okamžik pozřít, než začne být okolní materiál odpuzován. K tomu je třeba připočíst i omezený čas – vesmír je starý „jen“ 13,8 miliardy let. Černé díry vznikly po Velkém třesku a měly tak jen omezený čas na svůj růst.
Kalorie pro nenasytné jedlíky
Rychlost, jakou černá díra roste, závisí i na tom, zda se okolní hmota otáčí ve stejném směru jako samotná černá díra. Pokud ano, materiál může být „stráven“ rychleji. Pokud se otáčí opačně, pohlcování je pomalejší – a snižuje se tím i maximální možná hmotnost černé díry.
Černé díry ale nerostou jen „pojídáním“ okolní hmoty. Při srážkách galaxií může docházet ke slučování černých děr. Tento „kosmický kanibalismus“ může výrazně urychlit růst černých děr. Jedná se ale o relativně vzácný jev – opravdu obří černé díry jsou samy o sobě vzácné, a jejich slučování je tím pádem ještě vzácnější.
Kam až sahá hranice představivosti?
Některé černé díry mají hmotnost i několika miliard Sluncí. Jak velké ale vlastně mohou být? Změřit hmotnost černých děr není jednoduché – často se to dělá nepřímo a s velkou porcí nejistoty. Přesto se zdá, že v reálném vesmíru černé díry dosahují maximálně desítek miliard hmotností Slunce.
Podle studie publikované v roce 2015, by mohla černá díra v ideálním případě dosáhnout hmotnosti až 270 miliard hmotností Slunce. V praxi ale spíše platí realističtější strop kolem 50 miliard.
Jednou z největších známých černých děr je TON 618, která se z našeho pohledu nachází ve vzdálenosti 18,2 miliardy světelných let na hranici souhvězdí Honicích psů a souhvězdí Vlasů Bereniky. Jde o jednu z mála známých černých děr, jejíž hmotnost pravděpodobně přesahuje 50 miliard Sluncí (některé odhady uvádějí 66 miliard Sluncí).
Přes veškeré výpočty a odhady je pochopitelně možné, že někde v hlubinách vesmíru existuje ještě větší černá díra. Pokud by se taková našla, vědci by museli přehodnotit dosavadní teorie – což je ale přesně to, co mají nejraději. Každý nový extrémní objev totiž posouvá hranice našeho poznání dál. A na rozdíl od černých děr, naše poznání žádný horní limit nemá.
