Co vidíme na nové fotce černé díry? Je tam i jedno překvapení, říká astronom

Co vlastně vidíme na obrázku v úvodu článku? Hned po jeho zveřejnění jste se mohli dočíst, že jde o obří černou díru Sagittarius A* uprostřed naší galaxie. Jde nicméně o velmi zjednodušený výklad, který s sebou nese spoustu nepřesností.

A nejde jen o to, že na snímku nelze vidět samotnou černou díru, nýbrž jen plyn okolo horizontu událostí. Další příklady podobných a pro laika pravděpodobně neznámých zajímavostí vyjmenoval v rozhovoru pro Seznam Zprávy astronom specializující se na relativistickou astrofyziku Michal Bursa.

Pro začátek se sluší říct, že se vůbec nekoukáte na fotografii. Ve skutečnosti jde totiž o rekonstrukci obrazu, jejíž vznik Bursa přirovnal k pozorování okolí skrze cedník na těstoviny.

„Uvidíte přes něj jen malou část okolí, protože nemá moc děr. Když ale budete chtít vědět, jak to vypadá tam, kam skrze díry nevidíte, začnete cedníkem pohybovat a mozek z různých viditelných výseků po nějaké době složí celý obraz,“ řekl astronom s tím, že podobně fungovalo i „focení“ černé díry.

Kdybyste totiž chtěli normálním dalekohledem vyfotit něco, co je tak hrozně daleko (26 tisíc světelných let) a je tak malé (asi jako deset Sluncí), potřebovali byste podle Bursy dalekohled o průměru asi 10 tisíc kilometrů, což je jen o něco méně než rozměry celé naší planety. Cedníková metoda tak byla jedinou možností.

„Po Zemi se rozmístí vícero menších rádiových dalekohledů a kouká se všemi najednou stejným směrem. Země se otáčí, čímž se mění vzájemné prostorové rozložení dalekohledů vůči zdroji i průměty vzdáleností mezi nimi vzhledem ke směru, z kterého přichází světlo,“ popsal Bursa. Dodal, že i tak, stejně jako když pohybujete před očima cedníkem, v konečném balíku dat chybí hodně informací a obrázek není zcela kompletní.

V případě cedníku vyřeší problém lidský mozek, který si chybějící informace domyslí na základě zkušeností a očekávání. To samé bylo podle Bursy nutné udělat i u dalekohledů, jen zkušenosti nahradila počítačová simulace a mozek umělá inteligence.

Vědci podle Bursy v počítači vytvořili nespočet různých simulací pohybu plynu okolo černé díry s různými kombinacemi vstupních informací a následně tyto modely spolu s informacemi z dalekohledů předhodili umělé inteligenci, která „našla nejlepší shodu a na základě toho vykreslila úplný obrázek“.

Nakonec tedy nejde o fotku jako z fotoaparátu, ale o výtvor složený částečně ze skutečného pozorování a částečně dopočítaný na základě modelů.

Odpověď na otázku, jak moc si můžeme být jisti, že výsledný obrázek odpovídá realitě, najdete přímo na něm. Míra nepřesnosti je totiž přímo úměrná tomu, jak je neostrý.

„Ve skutečnosti bychom reálně (na ostré fotce) viděli úplně tenoučký kroužek okolo centrální tmavé oblasti (horizontu událostí),“ vysvětlil Bursa. „Artefaktem nepřesnosti“ je podle něj i mírně elipsovitý tvar zářícího prstence (správně by měl být kruhový) a tři jasnější skvrny podél něj.

Realitě obrázek podle Bursy vůbec neodpovídá ani z hlediska barev. Ty jsou totiž čistě ilustrační a vědci je použili jen proto, že „oko v této paletě barev nejlépe vnímá rozdíly mezi intenzitami a astronomové si ji oblíbili“.

Otázka, jakou barvu mají plyny ve skutečnosti, se možná sice nabízí, ale podle odborníka nedává smysl. „Ty plyny mají teplotu deset na dvanáctou °C, což je pro nás na Zemi naprosto nepředstavitelné, navíc jsou řídké a jejich atomy jsou roztrhané. Lidské oko tu barvu nemůže vidět, protože barvy rozlišuje jen v určitém rozsahu vlnových délek,“ vysvětlil Bursa.

Barvu si tak podle astronoma vědci „prostě musí vymyslet“. Nejpřesnější by podle něj byla černobílá varianta, což by nicméně nebylo tak efektní.

Kromě toho, že obrázek potvrdil dřívější zjištění (které, pravda, už nikdo nerozporoval), že uprostřed naší galaxie obří černá díra skutečně je, přinesl i další zásadní astronomické informace.

Obrázek podle Bursy především potvrdil, že se hmotnost černých děr – a vůbec vesmírných objektů – počítá správně. Výpočet hmotnosti vycházející z průměru prstence na obrázku totiž vyšel stejně jako výpočet pomocí klasických metod fungujících na principu Keplerových zákonů aplikovaných na hvězdy pohybující se v okolí černé díry. „Ta shoda byla dokonalá, bylo to až neuvěřitelné,“ dodal k tomu vědec.

Potvrzení správnosti výpočtu hmotnosti funguje i obráceně. To znamená, že i odhad hmotnosti na základě vůbec prvního obrázku černé díry zveřejněné v roce 2019 (tehdy šlo o černou díru v centru galaxie Messier 87) byl správný. Tam se totiž výpočet z průměru prstence na obrázku nedal nezávisle ověřit jinou metodou kvůli velké míře nepřesnosti způsobené vysokou vzdáleností od Země. Výpočet z průměru na obrázku byl tak jedinou možností a až dosud ho nebylo jak ověřit.

„Pro mě i pro spoustu kolegů přinesl obrázek i jedno překvapení,“ odpověděl Bursa na otázku, co ho na fotce samotného fascinuje nejvíc.

Při vysvětlení onoho překvapení si Bursa opět pomohl srovnáním s první fotkou černé díry M87* z roku 2019. „Tam jsme viděli galaxii, která nevypadá jako naše, je spíš kulová a má takzvaný výtrysk. To je uzounký proud částic, které černá díra nestihla pohltit, vystřelených z galaxie ven a mnohonásobně přesahující svou délkou její rozměry,“ řekl astronom.

Obří černá díra v centru naší galaxie sice výtrysk nemá, ale od té doby, co byly objeveny takzvané Fermiho bubliny (pomocí kosmického teleskopu Fermi zkoumajícího vesmír v gama pásmu elektromagnetického záření), se má za to, že černá díra Sagittarius A* jednou výtrysk (link vás přivede na fotku s jeho ilustrací) měla a bubliny jsou jeho pozůstatkem.

Rotační osa, v níž vidíme plyny obíhat kolem této obří černé díry na nové fotografii, ale podle Bursy neodpovídá tomu, jak by černá díra měla být orientována podle polohy Fermiho bublin. To znamená, že fotka ukázala plyny z jiného úhlu, než astronomové čekali, že je uvidí. „Vypadá to, jako by osa byla orientována o 90 stupňů jinak,“ řekl k tomu Bursa.

Vysvětlit se to podle astronoma dá více způsoby, přičemž zatím nikdo neví, který je správný. Plyny například nemusí z mnoha důvodů vypovídat o skutečné orientaci samotné černé díry. Vyloučena není ani možnost, že to tak je a orientace černé díry skutečně neodpovídá Fermiho bublinám.

„Klidně to může být tak, že Fermiho bublina mohla vzniknout už dávno a černá díra v centru naší galaxie se od té doby stihla srazit s jinou černou dírou, což mohlo její osu vychýlit,“ řekl Bursa s dodatkem, že právě tyto úvahy o tom, co se dělo v jádru Mléčné dráhy v dávné historii a v jaké je Sagittarius A* poloze, jsou pro něj tím nejzajímavějším, co nová fotografie přinesla.

Nová fotografie v oboru znamená zlom i proto, že po černé díře Sagittarius A* už prakticky není možné žádnou další fotit.

Z hlediska poměru vzdálenosti a velikosti na tom totiž byla stejně jako první vyfocená obří černá díra v galaxii Messier 87. Žádná další podobná černá díra, na kterou by systém teleskopů Event Horizon Telescope stačil, na obloze není.

„Černá díra v galaxii Messier 87 je sice tisíckrát dál, ale zároveň je tisíckrát větší než Sagittarius A*,“ vysvětlil astronom, proč teleskopy mohly vidět oba objekty podobně dobře.

Černá díra v naší galaxii ale přesto byla o něco problematičtější.

Důvodem byly právě menší rozměry černé díry v centru naší galaxie. Okolní plyny totiž, ač mají stejnou rychlost jako u druhé černé díry (zhruba půl rychlosti světla), ji oběhnou za pár minut, což v případě, kdy pozorování teleskopů trvá celou noc, představuje nepříjemnost. „Je to, jako když byste vzal fotoaparát a fotil na dlouhou expozici rychle se měnící objekt. Výsledek je pak samozřejmě rozmazaný a to je i důvod, proč jsme na tu fotografii čekali tak dlouho,“ vysvětlil Bursa.

Pozorování se proto podle něj muselo několikrát opakovat. Aby vše fungovalo, musel se vždy vychytat ten správný okamžik z hlediska atmosférických podmínek na Zemi i samotné černé díry (v její blízkosti musí být v danou chvíli plyn, jinak se nic vyfotit nedá).

„Proto jsme na ten konečný záběr čekali pět let,“ řekl Bursa a uvedl, že v dohledné době už dává smysl maximálně fotit ty samé dvě černé díry ve snaze dostat o něco lepší snímky.

Pozorovat stejným způsobem nějakou vzdálenější (nebo menší) černou díru by si žádalo dramatické zvětšení vzájemných vzdáleností soustavy teleskopů, a tudíž přesunutí některých z nich mimo planetu Zemi.

„Nejsnazší by asi bylo dostat je na oběžnou dráhu, šlo by to ale třeba i na Měsíc nebo Mars. Problém je v tom, že z toho zařízení musíte dostat data – a tady se bavíme o petabajtech (tisících terabajtů), tedy sadách disků, které váží několik tun,“ podotkl odborník.

Nápadů, jak to udělat, už je hodně a nejde o něco technicky nemožného. Zatím ale takový plán žádná kosmická agentura neoznámila.