TLDR: Singularita popis černé díry nekonečně komplikuje. Nová studie sumíruje možnosti, podle kterých by se černá díra bez singularity obešla – včetně jevů, kterými by to šlo poznat i zvenku. Studie hir.

Je tomu už víc než sto let, co teorie začaly naznačovat existenci bizarních kosmologických objektů, které jsou tak hmotné, že vysávají i světlo! Od té doby se mnoho změnilo – například jsme černodíry dokonce i přímo objevili! Ale jeden oříšek věda ještě furt nerozlouskla: co se ukrývá v nitru černé díry…

Se singularitou ukrytou za horizontem událostí je totiž ten problém, že v sobě spojuje doposud nespojitelné: teorii relativity s kvantovou fyzikou. Nyní ale několik alternativních modelů přišlo s kreativním řešením problémů singularity – co když tam žádná vlastně není?

„V čem je singularita vlastně problém?“

O tom existují celé knihy, ale nejzásadnějším úskalím je skutečnost, že dodnes nemáme obecně přijímanou teorii kvantové gravitace – neboli toho, jak gravitace funguje na kvantové úrovni. Jasně, existují třeba slavné gravitony, hypotetické částice „předávající“ efekt gravitace. Ale zatím nic jejich existenci neprokázalo. Fyziku černých děr můžeme popsat pouze do určité vzdálenosti od centra. Za touto hranicí leží tajemství – pro současnou vědu stále „nepřijatelná“ situace.

A samotná singularita je místo v prostoru, kde podle obecné relativity hustota hmoty a zakřivení časoprostoru dosahují nekonečna, což prostě nevíme, jak skloubit se současným chápáním fyziky. Problém je, že v singularitách se právě tyhle dva světy (kosmologie „velkých“ objektů, jako jsou hvězdy vs kvantová fyzika nejmenších částic) jaksi spojují, protože singularita je přímým důsledkem „prosáhnutí“ jedné sféry do druhé. A my furt nevíme, jak je spojit!

Je tedy momentálně rozhodně validní i možnost, že se ve skutečnosti nespojují – a na vznik singularity docházet nemusí…

„LOL, a co by tam bylo jiného než singularita?“

Celkem autoři nynější práce nastínili tři hlavní modely černých děr:

1) standardní černá díra předpovězená klasickou obecnou relativitou, která má singularitu i horizont událostí;

2) běžná černá díra, která eliminuje singularitu, ale zachovává horizont;

3) a černá díra „napodobitel“, která reprodukuje vnější vlastnosti černé díry, ale nemá ani singularitu, ani horizont událostí…

Možných náhrad singularity je vícero. Může jít o „regular cores”, u nichž se předpokládá oblast s extrémní hustotou, ale konečnou energií. V jiných modelech je singularita nahrazena „spacelike wormhole throats“ – jakousi průchodnou strukturou á la červí díra místo bodu nekonečna. Anebo by mohlo jít o bosonové hvězdy či gravastary, tedy objekty sic extrémně kompaktní, ale neobsahující žádný bod nekonečna.

Všechny mají momentálně společné to, že jde o hypotetické objekty. Nicméně, totéž platí také o gravitační singularitě, že ano!

„No ale pravdu nikdy nezjistíme!“

Co je podstatné, článek především popisuje, jak by „alternativní“ černodíry mohly vznikat – a jaké pozorovací testy by je jednoho dne mohly odlišit od standardních černých děr! „Běžné černé díry“ a jejich „napodobitelé“ nemají identické chování – a to ani vně horizontu události! Detailní šmírování jejich vnějších projevů by nám tak mohlo jednou nepřímo poskytnout informace rovněž o jejich vnitřní struktuře!

K tomu budeme muset měřit jemné odchylky od Einsteinovy teorie pomocí stále sofistikovanějších přístrojů a různých pozorovacích cestiček. Třeba právě slavné cvaky (vnějšku) černé díry, jako ten z roku 2019, by nám mohly odhalit neočekávané detaily ve světle ohýbaném kolem těchto objektů – což by mohlo vést k potvrzení či vyvrácení některých alternativních modelů…

I když tak po století od prvního nápadu na koncept černodíry stále nemáme způsob, jak nahlédnout pod jejich oponu (protože prostě fyzika!), naše paleta jejich šmírování – a odhalování i jejich skrytých tajů – proto naznačuje, že černé díry pro nás nebudou temné navěky!

[Ladislav Loukota]

Vědátor vznikl jako spinoff spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd, dnes jej provozuje spolek Hyperion Media. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – kontaktní mail je [email protected]