Co je horizont událostí?
Horizont událostí je hranice černé díry, kterou hmota i světlo mohou překročit směrem dovnitř. Po jejím překročení už návrat do okolního vesmíru není možný. Jeho vlastnosti zkoumáme pomocí obecné teorie relativity a kvantové fyziky.
© / kredit: Kosmologické novinky · Zdroj · · CC BY 4.0 · Úpravy: vlastní schéma.
Hranice bez návratu
Horizont událostí je hranice, kterou lze překročit pouze jedním směrem: dovnitř černé díry. Netvoří ho žádná hmotná stěna. Hmota i světlo mohou zvenčí projít dovnitř, ale po překročení horizontu už nemohou uniknout zpět do okolního vesmíru. Zakřivení prostoročasu uvnitř černé díry totiž umožňuje pohyb do budoucnosti pouze po drahách, které zůstávají uvnitř této hranice.
Proč je černá díra černá?
Proto vypadá černá díra černě. Světlo z hvězd a plynů, které k černé díře dopadá, se sice ohýbá a krouží kolem ní, ale jakmile překročí horizont, už se ven nevrátí. Zvenčí vidíme jen tmu ohraničenou světlem, které se zastavilo těsně před ní. První skutečný snímek černé díry z roku 2019 (M87*) ukázal přesně toto: zářící prstenec materiálu kolem dokonalé temné skvrny.
Jak velký horizont je?
Velikost horizontu závisí jen na hmotnosti černé díry. U černé díry o hmotnosti Slunce by měl průměr zhruba 6 kilometrů. U supermasivní černé díry v centru Mléčné dráhy, která váží čtyři miliony Sluncí, jde o kruh o průměru zhruba 24 milionů kilometrů — pořád menší než oběžná dráha Merkuru. Překročením horizontu může cesta pokračovat hlouběji do černé díry, návrat do okolního vesmíru už ale není možný.
Hawkingovo záření
Kvantová mechanika horizontu přidává ještě jednu vrstvu podivnosti. Stephen Hawking v roce 1974 ukázal, že černá díra díky kvantovým jevům u horizontu velmi slabě září — a tím pomalu ztrácí hmotu. Čím menší černá díra, tím intenzivněji „vře“; černá díra hvězdné velikosti by vypařováním přežila déle než současný věk vesmíru, takže to není způsob, jak černé díry z vesmíru mizí dnes. Hawkingovo záření ale naznačuje, že horizont není absolutně černý — a že kvantová gravitace nakonec přijde na to, co se s informací za horizontem děje.
Dá se horizontu vyhnout?
Dá se horizontu nějak vyhnout? Fyzika říká ne. Představte si nejvýkonnější raketu — cokoliv, co překročí horizont, se k němu už nemůže vrátit zpátky, i kdyby mělo neomezený tah a neomezené palivo. Důvod je geometrický: uvnitř horizontu se směr „ke středu" stává směrem „do budoucnosti". Je to jako se ptát, jestli se můžete vyhnout zítřku — horizont neudržuje nic svou silou, jen předznamenává, kam už čas povede jediným možným směrem.
Horizonty i jinde ve vesmíru
Kosmologické horizonty vymezují dosah signálů v rozpínajícím se vesmíru. Částicový horizont souvisí s tím, odkud k nám signál už stihl dorazit během dosavadního vývoje. Kosmologický horizont událostí, pokud jej model má, určuje možnost přijmout v budoucnu signál vyslaný nyní.
O tom, zda světlo dorazí, rozhoduje celá jeho cesta a vývoj rozpínání. Můžeme proto pozorovat i zdroje s kosmologickou rychlostí vzdalování větší než rychlost světla. Hranice, kde tato rychlost právě odpovídá rychlosti světla, se nazývá Hubbleova sféra a má jiný význam než uvedené horizonty. Podrobnosti přibližuje téma o tvaru a pozorovatelné části vesmíru.
Horizont není pevná hranice
Horizont není pevná, neměnná věc. Černá díra, která polkne hvězdu nebo plyn, zvětší svůj horizont. Podle obecné teorie relativity se při pádu do černé díry horizont chová zvláštně: pro padajícího pozorovatele ho překročí bez okolků, pro vzdáleného přihlížejícího se obraz padajícího „zamrazí" na hranici a postupně zhasne. Obě skutečnosti jsou pravdivé zároveň — černá díra nerespektuje naši intuici současnosti.
Zdroje k doplnění o horizontech a informačním paradoxu
Proč je to zajímavé právě pro vás?
Horizont událostí propojuje gravitaci s otázkou, co se stane s informací o látce, která do černé díry spadne. Informační paradox vzniká při spojení klasického popisu černé díry s kvantovým vyzařováním. Jeho řešení pomáhá hledat společný popis gravitace a kvantové fyziky.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)