Kde přesně vede hranice
Horizont je vzdálenost od středu, v níž se úniková rychlost vyrovná rychlosti světla. Blíž než k němu už nic neunikne ven - ne proto, že by něco zadržovalo signál: všechny trajektorie tam vedou dovnitř. Přímo na hranici není žádná hmota, je to čistá geometrie prázdného prostoru.
Poloměr horizontu určuje hmotnost a roste s ní úměrně. Kdyby šlo Zemi stlačit do černé díry, hranice by vedla po kouli velikosti třešně. U Slunce by to byla koule o poloměru asi 3 km. U Sagittarius A* ve středu naší Galaxie, s přibližně 4 miliony slunečních hmot, je horizont vzdálený 12 milionů km.
Tato hranice nemá žádný místní příznak: přístroje na padající lodi neukážou nic. A polohu horizontu nelze vypočítat z jediného okolí - závisí na celé budoucnosti díry. Pokud do ní za rok spadne mračno plynu, horizont se začne rozpínat předem.
Proč padající člověk přechod neucítí
Nebezpečná není samotná hranice, ale rozdíl v gravitačním působení: nohy jsou přitahovány silněji než hlava a tělo se protahuje. Na horizontu je tento rozdíl tím slabší, čím hmotnější je díra. U díry hvězdné hmotnosti by člověka roztrhalo už stovky kilometrů před horizontem. U supermasivní díry je protažení na hranici tak malé, že bys ho necítil - k roztržení by došlo až později, hluboko uvnitř.
Jak patrný je přechod hranice pro člověka padajícího do supermasivní díry.
Přesto se změnilo všechno. Za horizontem přestává být „ven“ směrem v prostoru a stává se směrem v čase: vzdalovat se od středu tam nejde stejně jako tady jít do včerejška. Signál vyslaný zpět stejně míří hlouběji dovnitř.
Co je vidět zvenčí
Zvenčí je obraz opačný. Čím blíž je objekt horizontu, tím pomaleji z pohledu vzdáleného pozorovatele běží jeho hodiny a tím červenější je jeho světlo. Formálně jeho obraz hranici nikdy nepřekročí: navždy zamrzne těsně u okraje.
Jenže „navždy“ tu znamená „neviditelně“. Jas klesá exponenciálně a velmi rychle: u díry hvězdné hmotnosti obraz zhasne za milisekundy, u supermasivní za minuty. Žádný svítící obal z hmoty uvázlé na horizontu nikdo nevidí.
Jas padajícího objektu pro vnějšího pozorovatele: každý krok je 3krát slabší.
Ani oranžový prstenec na snímcích černých děr není horizont. Tmavá skvrna uprostřed má poloměr přibližně 2,6krát větší: světlo procházející poblíž se kolem díry stáčí a okraj stínu určuje právě tato optika. To vše předpovídá obecná teorie relativity; o tom, co se na horizontu děje po započtení kvantových jevů, se fyzici dodnes přou.
Dočti v aplikaci Miqo
Ještě 1 minuta a na konci kvíz. Najdeš ho v sekci „Vesmír → Černé díry“
Namiř sem fotoaparát telefonu a otevře se App Store nebo Google Play.
Zdroje
- Rozměry horizontu - Schwarzschildovo řešení (1916). Snímky stínu - Event Horizon Telescope: M87* (2019), Sagittarius A* (2022)