Pokud se hvězda (červená stopa) zatoulá příliš blízko černé díry (na obr. vlevo), může být intenzivní gravitací roztrhána – „špagetifikována“. Část hmoty hvězdy víří kolem černé díry a vyzařuje velké množství rentgenového záření (znázorněné modře). Studie těchto „slapových roztržení“ naznačují, že značná část plynu hvězdy je vyvržena ven, což v některých případech vytváří oblak zahalující akreční disk a vysokoenergetické děje probíhající uvnitř. Kredit: NASA/CXC, M. Weiss

Víte, co astronomové míní, když řeknou „špagetování“ nebo „špagetifikace“ (spaghettification)? Jestli víte, nebo jen hádáte, že jde o deformaci hmotného tělesa padajícího k černé díře, máte pravdu. V její blízkosti i na nepatrný objekt velikosti člověka působí obrovská gravitační síla s tak velkým gradientem, že než navždy zmizí za hranicí událostí, je těleso postupně porcováno na molekuly a atomy, jež se uspořádají do podélného, postupně se natahujícího pruhu po spirále se řítícího do nenávratna. Ve starším krátkém videu pod textem to stručně popisuje známý americký astrofyzik a popularizátor Neil deGrasse Tyson. Jeho slova asi zklamou ty, kteří podlehli sci-fi kouzlu jakékoli formy kosmického časoprostorového cestovaní přes černé díry.

Souhvězdí Eridanu je dlouhé souhvězdí, které se klikatí jako řeka jižní oblohou. Z naší zeměpisné šířky můžeme vidět jeho severní část. Již Egypťané v něm viděli obraz posvátného Nilu. Podle pověsti, ve vlnách řeky Eridanus skončil mytologický Faethón, syn boha slunce Hélia a jeho milenky Klymené. Kredit: Torsten Bronger, Wikipedia CC 3.0

„Špagetifikování“ lidské posádky i s jejich vesmírným plavidlem je naštěstí zcela hypotetické, každé známé černé monstrum je pro nás v bezpečné, nedosažitelné vzdálenosti. Nicméně astronomové byli svědky takového slapového cupování hvězdy, která se přiblížila k hladovému temnému monstru natolik, že jeho přitažlivé síle již nemohla odolat.

V roce 2019 astronomové z Kalifornské univerzity v Berkeley zaregistrovali „špagetifikaci“ hvězdy velikosti Slunce milionkrát hmotnější černou dírou, číhající asi 214 milionů světelných let (65,6 Mpc) od Země. Drama označené jako AT2019qiz se v době pozemského svrchního triasu odehrálo v jedné spirální galaxii v souhvězdí Eridanu. Šlo o nejbližší doposud registrovanou událost svého druhu. A byla navíc dostatečně jasná, aby umožnila vědcům pomocí analýz polarizace zachyceného světla studovat, co se dělo poté, kdy slapové síly působící na hvězdu převýšily její vlastní gravitaci a roztrhaly ji.

Hlavní autor studie Kishore Patra, postgraduální student na Kalifornské univerzitě Berkeley Kredit: Department of Astronomy, University of California at Berkeley

Tento rozpad je explozivní, přičemž dochází k výraznému zjasnění objektu. Vědci záblesk zachytili 8. října 2019 na kalifornské Lickově observatoři pomocí 3metrového Shaneova dalekohledu. Jeho součástí je spektrograf Kast, jenž umožňuje určit polarizaci světla v celém optickém spektru. Pro zajímavost hodno dodat, že jde o observatoř univerzitní.

Stále s úsměvem. Několika cenami poctěný profesor astronomie Alex (Alexej Vladimir) Filippenko je veřejnosti známý díky popularizaci astronomie. Kredit: Department of Astronomy, University of California at Berkeley

Získané údaje a jejich analýzy vedly k závěrům, že možná až polovina materiálu roztrhané hvězdy byla obrovskou rychlostí asi 10 000 kilometrů za sekundu, tedy více než 3 % rychlosti světla, vyvržena do prostředí. Vznikl oblak, který nebyl asymetrický, jak se dalo podle předpokladů očekávat, ale vytvořil gigantickou kouli o poloměru až stonásobku průměrné vzdálenosti Země – Slunce, tedy 100 astronomických jednotek (AU). Ten odstínil podstatnou část polarizovaných vysokoenergetických, převážně rentgenových emisí vznikajících při pádu zbylé části rozpadlé hvězdné matérie do černé díry.

Shaneův 3metrový dalekohled v kupoli Lickovy observatoře na hoře Hamilton v San Jose v Kalifornii. Kredit: Hkhandrika, Wikipedia CC 3.0

Pozorování uskutečněná 6. listopadu 2019, čili o 29 dní později, zachytila i světlo mírně polarizované (asi 1%), což naznačuje, že gigantická kulová plynná stínící obálka se rychlým rozpínáním a výrazným omezením přísunu nového materiálu ztenčila natolik, až začala propouštět světlo asymetrické akreční plynné struktury kolem černé díry.

"Samotný akreční disk je dostatečně horký, aby vyzařoval většinu svého světla v rentgenovém záření, ale toto světlo musí projít vnějším sférickým mrakem, v němž existuje mnoho rozptylů, absorpcí a re-emisí záření, než se mu podaří uniknout z této obálky," vysvětluje hlavní autor studie Kishore Patra, postgraduální student na Kalifornské univerzitě Berkeley. „S každým z těchto procesů rentgenové záření ztrácí část energie a přechází do ultrafialové a optické oblasti spektra. Výsledný rozptyl pak určuje polarizační stav fotonu. Z měření polarizace můžeme odvodit geometrii povrchu, kde dochází ke konečnému rozptylu."

"Je to poprvé, co někdo odvodil tvar oblaku plynu v okolí slapově špagetifikované hvězdy. A studium polarizovaného světla nám ve skutečnosti pomáhá odvodit některé informace o rozložení hmoty při této explozi nebo, jako v tomto případě, jak je plyn - a možná i akreční disk - kolem černé díry tvarován," říká Alex Filippenko člen výzkumného týmu, profesor astronomie na Kalifornské univerzitě v Berkeley. Jde o známého astronoma, a to nejen v USA. Byl členem výzkumného týmu Supernova Cosmology Project, jenž souběžně se skupinou High-z Supernova Search Team (k níž Filippenko patřil později) odhalil, že vesmír se rozpíná stále rychleji, což vedlo k zavedení temné energie.

Video: Špagetování objektů černými děrami vysvětleno Neilem De Grasse Tysonem (překlad pod videem)

Překlad:

Co kdybyste někdy přemýšleli, co by se stalo, kdybyste spadli do černé díry. Nejprve nějaké souvislosti. Černé díry jsou oblasti prostoru, kde je gravitace tak vysoká, že struktura prostoru a času se zakřivila zpět do sebe sama a vzala s sebou i dveře, jimž lze vyjít ven. Světlo je nejrychlejší věc ve vesmíru. Ani světlo nemůže uniknout, ani vy, což je důvod, proč těmto věcem říkáme černé díry. Hranici, zpod níž světlo nemůže uniknout, nazýváme horizont událostí. Všechny věci uvnitř horizontu událostí se zhroutily do nekonečně malého bodu ve středu. Připraven? Jdeme na to! Budu padat do černé díry nohama napřed. Jak se přibližuji, síla gravitace astronomicky roste, ale já ji necítím, protože – jako cokoli jiného při volném pádu – jsem ve stavu beztíže. Ale začínám cítit něco jiného, něco zlověstného. Moje nohy jsou blíž k černé díře, takže na ně gravitace působí silněji než na mou hlavu. Tento rozdíl v síle od hlavy k patě, který je normálně nepatrný a na místech, jako je Země si ho nevšimneme, při pádu k černé díře působí jako natahovací síla. Kdybychom byli vyrobeni z gumy, tak se prostě natáhnu, ale naše těla se skládají z věcí, jako jsou kosti, svaly a orgány. Zůstanu vcelku, dokud natahovací síla nepřekročí molekulární vazby v tkáních mého těla. V tu chvíli by se mé tělo roztrhne na dva segmenty, a to není ta nejhorší část. Všechno ze mě, co kdy bylo, jakoby trychtýřem přeteče do středu černé díry. Takže jsem byl nejen roztržen napůl, ale jsem protlačován skrz strukturu prostoru a času jako zubní pasta hrdlem tuby. Jak padám dál, rozdíl v gravitaci se stále zvětšuje, a to roztrhne každý z mých dvou segmentů těla na další dva segmenty a tak dál. Mé tělo se rozděluje na stále větší počet částí až k samotným atomům a dál a zanechává rozpoznatelnou přehlídku částí díla, které ještě před pár okamžiky byly mnou. Hele, a máme slovo pro tuto příčinu smrti: „špagetifikace“ (spaghettification)

Literatura: UC Berkeley News, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, arXiv.org