Kaj je v črni luknji?

Strokovnjake in znanstvenike, pa tudi širšo javnost te dni navdušuje prva fotografija črne luknje.

Slavno fotografijo oziroma prvo pravo sliko črne luknje ima na računalniku tudi Tomaž Zwitter, profesor s Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani. A mnogim se ob tem zdaj zastavlja vprašanje: "Kaj ima od tega zdaj človeštvo?"

"V sredo je bila objavljena najbolj podrobna slika česarkoli, kar smo do zdaj posneli. In to že samo po sebi nekaj pove. Namreč resolucija te slike in podrobnosti, ki jih vidimo, so takšne kot recimo če bi iz Ljubljane opazovali milimeter ali celo manj veliko zrno v New Yorku," odgovarja profesor. In prav ta temna senca, ki se jo vidi na fotografiji, je približno te velikosti.

In čeprav se najnovejši dosežek morda sliši kot znanstvena fantastika, pa si ga - kot je izpostavil na novinarski konferenci v sredo eden fizikov, ki so sodelovali pri projektu – vendarle lahko razlagamo kot znanstveno dejstvo. Astrofizik Zwitter razlaga: "Na eni strani je splošna teorija relativnosti, ki stoji za vsem skupaj in je zelo 'elegantna' teorija z malo številkami, ki jih je treba nastaviti, ampak ki da zelo jasne napovedi. Tako da je bil objavljeni rezultat na nek način lahko kar pričakovan. Na drugi strani pa ta 'pričakovano' pomeni tudi "lepo je videti" in čisto enostavno lahko naredimo tukaj piko."

A če tega ne želimo narediti, je – tako profesor – potencial ogromen. "Se pravi: na eni strani se vidi, da ta snov okrog črne luknje dejansko ni razporejena samo v nekem disku, ampak precej sferično – nekaj, kar smo svoje čase tudi 'gruntali', kako se to dogaja. Namreč: ta konkretna galaksija je aktivno galaktično jedro in ko smo pred 15 leti klasificirali ta jedra, je bila to ena bistvenih trditev – da ne bo samo disk, ampak da se bo dobilo okrog eno takšno korono."

"Potem pa seveda, če pogledamo – to so štirje dnevi opazovanja. Sliši se malo, pa seveda ni, zadaj je ogromno podatkov. Ampak, kar je bistveno, je pa to, da bo še mnogokrat možno imeti takšne štiri dneve," meni sogovornik.

Ti objekti so po besedah Zwitterja spremenljivi – če nekaj pade vanje, se vidi odmev, kako se objekt sam spreminja, njegova okolica in kako se pravzaprav generirajo, v tem primeru skoraj s svetlobno hitrostjo, curki, snovi, ki brizgajo ven. "To so stvari, ki dejansko leta 1990, ko sem jaz doktoriral, še predstavljala odprta vprašanja. To so sicer še zmeraj, le da lahko vidimo. In šele v roku let se bo nabralo dovolj opazovanj, da bomo lahko rekli: Takole je." Se je po njegovih besedah v znanosti doslej zmeraj izkazalo, da si človek samega sebe predstavlja kot bitje z veliko domišljije, a je ima narava bistveno več. "Se pravi, da ni nemogoče, da bomo našli nepričakovano ter da bomo nekoč videli, kako stvari resnično stojijo, in ne kot mislimo, da je."

Fotografija dogajanja v času, ko so medtem na Zemlji izumirali dinozavri

Že podatek, da se je ta dogodek, ki so ga ujeli, zgodil pred 55 milijoni let, marsikomu skrivi lase oziroma si ga sploh ne moremo predstavljati. Kako je torej možno tako oddaljeno črno luknjo ali galaksijo na tak način sploh ujeti? "Dajmo pomisliti: 55 milijonov let nazaj – dinozavri so ravnokar izumrli, prvi sesalci so se počasi bližali temu, da postanejo pomembna živalska vrsta. 55 milijonov let nazaj, uh, človek je 30-krat mlajši. Potem pa se na koncu pogovarjamo o črni luknji. Vemo, da ima ta nekako 6,5 milijarde Sončevih mas – to je veliko oziroma malo več kot smo pričakovali, vsaj na zgornji meji," odgovarja Zwitter.

Kot ponazori za primerjavo, je velikost te črne luknje oziroma velikost tako imenovanega dogodkovnega horizonta približno takšna kot od tukaj do misije Voyager (najbolj oddaljene misije, ki jo je človeštvo doslej poslalo v vesolje), se pravi približno 100-kratna razdalja Zemlja–Sonce.

Veliko je v znanstvenih in raziskovalnih krogih zadnje čase torej govora tudi o dogodkovnem horizontu ('event horizon').  Tega sicer sami po sebi ne moremo videti, ker črnina v notranjosti ni dobesedno horizont oziroma tega horizonta ni mogoče videti, je pa to neka senca. Ko razloži profesor, torej senca v tem smislu, da če bi svetloba izza črne luknje hotela iti v naši smeri in preveč blizu črni luknji, bi pa padla noter in je ne bomo opazili. "Mora iti tako, da jo pravzaprav ukrivi okrog in od tega pride ta obroč, ki se ga vidi. Prav tako je moč opaziti, da se ta obroč vrti – na eni strani je svetlejši, na drugi strani je manj svetel. To pomeni, da imamo vrtenje – v tem primeru v smeri urinega kazalca. To vrtenje je hitro, primerljivo s svetlobno hitrostjo in zaradi tega je tisti del, ki se nam bliža, svetlejši." To je sicer znan pojav iz teorije relativnosti – tako imenovano doplerjevo ojačanje. "Marsikaj od tega razumemo, nam je takoj jasno kaj pomeni. Je pa treba biti seveda tudi skromen – in to zelo cenim pri ekipi, ki je fotografijo objavila – in se zavedati, da nekaterih stvari še ne vemo. Recimo ne vemo, kako se ta črna luknja vrti, kako je z magnetnimi polji, ne poznamo natančne geometrije snovi v njeni okolici," pripoveduje Zwitter in dodaja, da pa lahko lahko vse to nekoč spoznamo preko opazovanj spremenljivosti in lahko, če ne drugega, v kratkem tako pričakujemo še sliko črne luknje v središču naše galaksije.

A kako močna je pravzaprav gravitacija v središču in kako bi to sploh lahko izrazili z neko otipljivo, plastično primerjavo? "Gravitacija tam je zelo močna. Je pa to težko opisati, ker smo pravzaprav mi majhni, veliko smo le okoli dva metra. In če si velik dva metra, se pač ne pozna zelo kako močno te vleče takšna črna luknja za glavo, ali pa za noge," pove sogovornik. Kot še dodaja, pa je to tudi pravzaprav zanimiva lastnost teh orjaških črnih lukenj. "V njihovi okolici pravzaprav morda niti ne opazite kaj se vam dogaja, ko letite noter. Tako da če bi morali vedno najti neko uporabno vrednost astronomije – jaz bi tukaj seveda govoril o tehnologiji, pa o zvedavosti – ampak, če moramo res 'na trdo' – če bi bili na primer v vesoljski ladji in bi leteli proti črni luknji, potem bi bil astronom koristen član ekipe, ker bi nam povedal, da se bližamo črni luknji in bi morda lahko še dovolj zgodaj obrnili proč."

Stvar je – tako Zwitter – nekako podobna dvigalu, ki bi se mu utrgala vrv in bi se nam, dokler ne bi padi na tla, zdelo, da pravzaprav lebdimo, da se nič posebnega dogaja, kajti mi in dvigalo padamo hkrati. "Nekaj podobnega je tudi v bližnji okolici črnih lukenj."

In kaj bi se zgodilo, če bi padli v črno luknjo?

Je pa tudi potovanje v času oziroma skozi čas po mnenju profesorja zanimivo vprašanje, oziroma del, spekter relativnostne teorije. "Na eni strani si lahko zamišljate potovanje v času, na drugi strani pa bi seveda radi vedeli, kako boste to opazovali? Se pravi: zanima vas, kako boste svetlobo videli v takem primeru. A v bližini črnih lukenj ni preprosto računati, kako se svetloba giblje. Potrebujete namreč zelo efektivne tehnike za izračun takšnih enačb. Profesor Čadež (Andrej – op.p.) je vodil ekipo, ki je pred 15 leti skupaj s kolegoma Kostičem (Urošem) in kolegico Gomboc (Andrejo) – so izračunali, kako to gre in razvili zelo uporabno metodo, s katero vam hitro uspe pogledati, kakšno sliko boste dobili. In te slike oziroma fotografije, ki so jih posneli zdaj, so zelo podobne tistim, ki so jih takrat dobili slovenski kolegi. Tako da se stvari lepo ujemajo."

Zwitter: To je 'zadeva', ki lahko nekoč dobi tudi Nobelovo nagrado

In kako Zwitter kot astrofizik gleda na nedavno odkritje? Je to eno izmed fundamentalnih odkritij v fiziki, ali je to eno izmed številnih tistih – denimo – prvoligaških? "To je 'zadeva', ki lahko nekoč dobi tudi Nobelovo nagrado. Zdaj je tako namreč mogoče neposredno videti, kaj se v nekih zelo eksotičnih okoljih, v neposredni okolici črnih lukenj dogaja."

Je pa stanje snovi tam noter po njegovo takšno, da nekatere stvari še vedno niso jasne. "Recimo konkretno v tej galaksiji M87: zelo masivna črna luknja (zato jo tudi vidijo), v katero pada kar nekaj snovi. Takšna črna luknja vsakih par mesecev 'požre' celo za kakšno zvezdo snovi. Ven pa brizgata dva curka snovi, in za tisti curek, ki ga vidimo, vemo, da se giblje snov skoraj s svetlobno hitrostjo in da je ta curek izjemno dobro usmerjen. Ni nam sicer jasno, kako sploh pride do tega usmerjanja. A ker se to dogaja v neposredni okolici črne luknje, vemo, da je to verjetno posledica nekih magnetnih polj, ki jih s s sabo nosi snov. Ja, stvar je fantastična."

A kako se to noter dogaja oziroma kakšen sistem deluje? "Zelo težko je stvari izračunati in na koncu, ko bomo imeli nova opazovanja, ko bomo videli, kaj se dogaja, šele potem bo teorija lahko ugotovila, kaj je od idej, ki jih imamo, res in kaj ne. So pa seveda to zelo, zelo komplicirani računi in astrofiziki poskrbimo, da svetovni računalniki niso brez posla," še zaključuje profesor Tomaž Zwitter.