Černá díra, gravastar, fuzzball. Největší hvězda – největší exot.

Je to podobné jako u lidí, kterým přemíra slávy stoupá do hlavy a dělá z nich exoty. U opravdových hvězd tuto roli přebírá – nadbytek hmoty a její gravitace.

Černé díry

Podle uznávaných vědeckých teorií končí kariéra velmi hmotných hvězd výbuchem supernovy a případným kolapsem do velice malého, velice hmotného objektu, kterému říkáme „černá díra“.

„Černá“, proto, že nevyzařuje žádné viditelné záření, „díra“ proto, že přitahuje okolní hmotu, která do objektu padá jako do díry, vyhloubené v zemi.

V jejím centru by se měla nacházet tzv. „singularita“, nekonečně malý a nekonečně hustý bod, ve kterém se koncentruje veškerá hmota černé díry. Tento malinký bod působí na svoje okolí gravitací veškeré své hmoty – a intenzivně zakřivuje okolní časoprostor.

V určité vzdálenosti od centra se nachází tzv. „horizont“, který má tvar koule. Při jeho překročení ztrácí pozorovatel schopnost komunikace s okolním vesmírem. Dokonce ani světlo, které se pohybuje nejvyšší dosažitelnou rychlostí, se už není   v tomto bodě schopné vymanit z gravitačního působení černé díry.

Obrázek: „Tempolimit rychlost světla“ (Autor Ute Kraus, Physikdidaktik Ute Kraus, Universita Hildesheim, , (Milchstraßenpanorama im Hintergrund: Axel Mellinger) [CC BY-SA 2.0 de (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/de/deed.en) oder CC BY-SA 2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], via Wikimedia Commons)

Nedokonalá dokonalost

  Fyzika nemá ráda nekonečno. V našem vesmíru se nekonečno zjevuje velice zřídka, a když, tak je to v rámci lidmi vymyšlených teorií. Platná matematika umí popsat dokonce i hypotetické jevy, které zatím nebyly fyzikálně ani pozorovány, ani prokázány. Svým způsobem je matematika dokonalým vyjádřením nedokonalého vesmíru.

Právě z tohoto důvodu se fyzici snaží najít teorie, které by popisovaly pozorované jevy i bez pomoci různých nekonečen a nekonečně hustých singularit.

Gravastar

Elegantní teorií je tzv. grava-hvězda, gravastar. Jak už název napovídá, jedná se o velice hmotný a kompaktní objekt, který vznikl gravitačním kolapsem ultra hmotné hvězdy. Na rozdíl od černé díry ale výsledný jev nemá nulový rozměr ani nekonečnou hustotu.

Gravastar je, stejně jako černá díra, relativně prostý objekt s jednoduchou strukturou. Je znázorněna na následujícím obrázku. Gravastar tvoří bublina, která má na povrchu blánu z velice husté hmoty, tzv. „kvantového kondenzátu“.

Kvantový kondenzát

(zde gravitační Bose- Einsteinův kondenzát) ... je speciální druh velice husté hmoty. Všechny jeho částice se chovají jako jedna jediná, protože se nachází ve stejném stavu a vykazují stejné vlastnosti.

Vnitřek gravastaru je ještě exotičtější než jeho povrch. Je tvořen temnou energií. Ta působí opačně než gravitace a odpuzuje hmotu. Vytváří a udržuje tak tvar povrchu bubliny (viz obrázek).

Temná energie

Tajemná tzv. "temná energie" je síla, která způsobuje rozpínání vesmíru. Zdá se, že se v posledních miliardách let její podíl ve vesmíru zvyšuje. Vesmírné rozpínání se totiž urychluje.

Gravastar nemá na rozdíl od černé díry žádný horizont, který by bránil úniku záření do okolního vesmíru. Úniková rychlost je pod světelná. Hvězda proto není absolutně černá. Její záření bychom mohli najít v extrémně infračervené části spektra.

Hmota, která padá do černé díry, se stává její součástí. Navždy zmizí z pozorovatelného vesmíru, aniž by kdy měla možnost, aby se dostala nazpět.

Co se stane s hmotou, která teoreticky padá do grava-hvězdy?

Měla by se teoreticky stát její součástí, stejně jako tomu je u černých hvězd. Znamenalo by to, že se v této hvězdě hmota mění na gravitativní Bose-Einsteinův kondenzát a tím zvyšuje množství temné energie v nitru hvězdy (a tím i ve vesmíru).

Gravastar by tak byl exotickým objektem, který mění baryonickou (viditelnou) hmotu na temnou energii.

Který z obou konceptů je ten „správný“?

Najít ve vesmíru černou díru není jednoduché. Máme o nich jen zprostředkované zprávy, a to díky gravitaci, kterou působí na své okolí. Bez přímého pozorování se nedá rozhodnout o tom, která z teorií lépe vystihuje realitu.

Možná se lidstvu jednou podaří pozorovat tento extrémní hmotný objekt z rozumné vzdálenosti. Gravastar by se prozradil zářením, větším, než je očekáváno u černé díry. Dalo by se také počítat s odrazem dopadajícího záření od povrchu grava-hvězdy. Jev by se dal očekávat zejména u velice krátkých vlnových délek záření. Hvězda by pak zároveň „vyzařovala“ ve vzdálené infračervené- a v gama- oblasti spektra.

Fuzzball

Koncept „fuzzball“ se elegantně vyhýbá nutnosti nekonečně husté singularity stejně, jako je tomu u grava-hvězdy. Tento ultra hmotný objekt předpověděli vědci, bádající v oblasti teorie strun.

Podle teorie strun je náš vesmír tvořen malými vibrujícími objekty, tzv. „strunami“. Mají různé tvary a charakter. Kombinace strun pak tvoří všechny známé elementární částice.

Ultra hmotná hvězda by při svém kolapsu, měla rozmělnit svou hmotu až do struktury původních strun a ty by měly uvnitř velice malého, nově vzniklého objektu, vytvořit strukturu, připomínající otýpku chrastí.

Povrch fuzzballu by končil „horizontem“, stejně jako u černé díry, nebyl by ale ostře ohraničený – odtud i jeho jméno (fuzzy – rozmazaný).

Teorie fuzzball elegantně obešla i tzv. Informační paradox. Informace, která se nachází ve hmotě, navždy mizící z pozorovatelného vesmíru v černé díře, by se v momentě přechodu horizontu černé díry, měla navždy z vesmíru vytratit. Informace by ale podle platných a ověřených teorií, stejně jako energie, neměla ve vesmíru ani tvořit, ani nechat zničit.

Vědci jistě v budoucnu vytvoří jiné, další a přesnější teorie,

které jsou schopny popsat tyto extrémní jevy a stavy.

Jednoho dne se nám podaří pozorovat skutečný zkolabovaný objekt

v solidním rozlišení, které dovolí prozkoumat jeho podstatu.

Kdo ví, jaká překvapení nás pak ještě čekají ...