Vedci prvýkrát nazreli do „ríše tieňov“ na okraji čiernej diery

V roku 2019 obletel svet historický záber čiernej diery. Medzinárodný projekt Event Horizon Telescope (EHT) vtedy pomocou siete rádioteleskopov získal prvý obraz supermasívnej čiernej diery v galaxii M87 vzdialenej asi 55 miliónov svetelných rokov. Po tomto úspechu nasledovali ďalšie prelomové snímky. Tím EHT zachytil relatívistické „jety“ – obrovské lúče plazmy vychádzajúce z jadier vzdialených galaxií – a neskôr aj čiernu dieru Sagittarius A* v strede Mliečnej cesty.

^{Zdroj Foto: Chael, MNRAS, 2025}

Vedci teraz chcú lepšie pochopiť, čo sa deje v bezprostrednom okolí horizontu udalostí čiernej diery, a preto si pomáhajú výkonnými superpočítačovými simuláciami. Jeden z takýchto výskumných tímov vedie Andrew Chael z Princetonskej univerzity. S kolegami nasimuloval správanie plazmy okolo čiernej diery M87* pomocou superpočítačov v texaskom výpočtovom centre TACC (Stampede2 a Stampede3).

Chaelov výskum je jedným z viacerých, ktoré sa snažia simulovať tzv. tieň čiernej diery. Modely musia zohľadniť extrémne horúcu plazmu, silné magnetické polia aj intenzívnu gravitáciu, ktoré v okolí čiernej diery spolupôsobia. Práve vďaka týmto procesom dokážu čierne diery pohlcovať hmotu z okolia, vyžarovať obrovské množstvá energie a vytvárať spomínané výtrysky častíc siahajúce do vzdialenosti miliónov svetelných rokov.

Chaelov tím spustil sériu pokročilých simulácií, ktoré verne opisujú fyzikálne procesy v blízkosti čiernej diery (ide o tzv. relativistickú magnetohydrodynamiku). Novinkou je, že na rozdiel od starších modelov tentoraz vedci simulovali elektróny a protóny ako dve oddelené skupiny častíc. Tento výpočtovo náročný prístup im umožnil detailne sledovať rozdiely v teplote týchto častíc. A výsledok priniesol prekvapenie.

Ukázalo sa, že elektróny obiehajúce okolo čiernej diery M87 sú asi stokrát chladnejšie než protóny. Takýto výrazný nepomer teplôt vedci nečakali. Je to dôležité zistenie, pretože pomer teploty elektrónov a protónov určuje jasnosť a vzhľad žiariaceho prstenca okolo čiernej diery na snímkach. Naznačuje to, že bežné modely plazmy nemusia úplne sedieť s tým, čo pozorujeme pomocou EHT. Toto napätie medzi teóriou a dátami budú musieť vedci ešte preskúmať.

^{Zdroj Foto: EHT Collaboration}

Chael plánuje aplikovať vylepšený simulačný kód aj na ďalšie dáta EHT. Chce tak vytvoriť akýsi časozberný „film“, ktorý by zachytil vývoj čiernej diery M87 v priebehu času. Už začiatkom roka Chaelov tím porovnal prvý EHT záber M87 s množstvom rôznych simulácií. Zistil, že hoci veľkosť a tvar tieňa čiernej diery zostávajú približne rovnaké, najjasnejší bod prstenca sa časom posúva vplyvom chaotického prúdenia plazmy pri horizonte.

Ako sa rôzne oblasti plazmy zahrievajú a ochladzujú, vzhľad okolia čiernej diery sa pozvoľna mení. „Čierne diery sú nesmierne komplikované prostredia. Najlepší nástroj, aký máme na ich štúdium, sú superpočítačové simulácie,“ hovorí Chael. Podľa neho je úžasné, že dnes dokážeme vytvárať spoľahlivé modely takého zvláštneho a komplexného javu, akým je okolie čiernej diery.

Zdroj: sciencealert.com.

^{Zdroj Foto: Chael, MNRAS, 2025}

Zobrazit Galériu