Pohledem editora

Černé díry: co vidíme a co si dokážeme dopočítat?

Zdeněk Bubák · 4. listopadu 2026

Snímky černých děr a signály jejich splynutí nám umožňují zkoumat vesmír v extrémních podmínkách. Jak vědci propojují naměřené údaje s výpočty a k jakým poznatkům nás to může dovést?

Co vlastně vidíme na slavném snímku

Černé díry nám umožňují zkoumat základní fyziku a chování hmoty v extrémních podmínkách. Vědci přitom propojují skutečná měření s matematickými modely. Právě vztah mezi těmito dvěma přístupy mi připadá opravdu zajímavý.

V minulém komentáři jsem psal o různých podobách vědeckého objevu. U černých děr si jejich propojení můžeme ukázat na konkrétních příkladech.

Začnu snímkem, který spolupráce Event Horizon Telescope zveřejnila v roce 2019: zářícím prstencem kolem tmavého středu v galaxii M87. Radioteleskopy zaznamenaly záření horké látky v okolí černé díry. Výsledný obraz ukazuje, jak toto záření ovlivňuje silná gravitace: světlo se ohýbá a část ho černá díra zachytí. Tak vzniká tmavá oblast označovaná jako její stín. Ten je větší než samotný horizont událostí, hranice, za kterou už světlo nemůže uniknout zpět do okolního vesmíru.

Pozoruhodné je i to, jak obraz vznikal. Vědci spojili měření radioteleskopů na různých místech Země a z těchto údajů obraz sestavili pomocí výpočtů. Použili přitom více postupů a kontrolovali, které rysy se v získaných obrazech opakují. Tak ověřovali, že prstenec s tmavým středem vychází z naměřených dat.

Výpočet tady pomáhá skutečné měření přečíst. To je z mého pohledu velmi názorný příklad spolupráce matematiky s pozorováním.

Když černé díry zkoumáme gravitačními vlnami

Jinou příležitost ke studiu černých děr přinášejí gravitační vlny. Detektory LIGO zachytily 14. září 2015 nepatrné změny délek svých ramen způsobené průchodem gravitační vlny. Objev byl oznámen v únoru následujícího roku. Průběh signálu odpovídal závěrečnému přibližování a splynutí dvou černých děr.

Vědci porovnávali naměřený signál s průběhy vypočtenými podle obecné teorie relativity. Z tohoto porovnání odvodili například hmotnosti splývajících objektů a vlastnosti výsledné černé díry. Přesnost takových odhadů závisí na kvalitě signálu i na použitých výpočtech.

Připadá mi pozoruhodné, jak odlišnými cestami černé díry zkoumáme. Radioteleskopy zachycují záření z jejich okolí, detektory gravitačních vln zaznamenávají proměny prostoročasu při splynutí. Obecnou teorii relativity tak prověřujeme pomocí různých objektů i různých druhů měření.

Co do obrazu přidávají modely

Vzhled zářícího prstence souvisí s gravitací, pohybem horké látky, magnetickým polem i vlastnostmi částic, které záření vytvářejí. Abychom se v těchto vlivech vyznali, potřebujeme počítačové modely.

Z našich novinek bych v této souvislosti doporučil článek Černá díra M87* pod drobnohledem: Co prozradí relativistické elektrony?. Autoři původní práce počítají, jak by se na různých frekvencích měnilo záření při odlišných vlastnostech elektronů a různé rotaci černé díry. Různé předpoklady o vlastnostech elektronů a rotaci černé díry mohou vést k podobnému výslednému obrazu. Pozorování na dalších frekvencích ale může ukázat rozdíly v záření, podle kterých vědci poznají, který model lépe odpovídá měření.

Právě proto má smysl pozorovat stejný objekt opakovaně a různými přístroji. Další měření pomáhají určit, který model lépe odpovídá prostředí kolem černé díry.

Kam nás výpočty vedou za horizontem

Otázka nitra černé díry je úplně jiný šálek kávy. Horizont událostí umožňuje hmotě i světlu projít dovnitř, ale po jeho překročení už světelná zpráva zpět k vnějšímu pozorovateli nedorazí. Při zkoumání nitra proto vycházíme především z fyzikálních teorií a jejich důsledků.

V klasických modelech černých děr vede obecná relativita k singularitě. Při výpočtech v ní některé veličiny, například zakřivení prostoročasu, rostou bez omezení. Vědci proto hledají teorii, která propojí gravitaci s kvantovou fyzikou a umožní popsat i tyto extrémní podmínky. Zkoumají například, jak by kvantové jevy mohly tento stav změnit.

Právě tady je podle mě důležité rozlišit, co konkrétní práce, o které naše novinky píší, přináší. Může nabídnout nový matematický popis nitra černé díry nebo předpovědět jev, který by bylo možné hledat v naměřených datech. V takovém případě vědci určují, jaký signál by měly přístroje zachytit a čím by se odlišoval od dosud známých jevů.

Co si z toho odnést

Na příběhu výzkumu černých děr je vzrušující, jak daleko jsme se dostali. Objekty, které byly kdysi především matematickou předpovědí, dnes zkoumáme pomocí záření i gravitačních vln. Propojení měření s výpočty nám umožňuje stále podrobněji poznávat jejich okolí a hledat odpovědi na otázky o jejich nitru.

Zaujalo vás téma? Přihlaste se k týdennímu výběru e-mailem ↑

Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)