pád do černé díry

Teorie pádu do černé díry

Pád tělesa do černé díry budou vnímat dva různí pozorovatelé odlišně. Představme si nejprve, že jeden pozorovatel zůstane v dostatečné vzdálenosti od černé díry, zatímco druhý pozorovatel bude sestupovat směrem k černé díře a bude vybaven majákem.

Vnější statický pozorovatel vidí padajícího pozorovatele zprvu padat „volným“ pádem a signály majáku vnímá v pravidelných intervalech. Jak se ale padající přibližuje k černé díře, signály z majáku přicházejí s čím dál větším zpožděním a jejich frekvence vysílaného světla bude posunuta k červenému konci spektra. To je způsobeno tím, že fotony světla podléhají narůstajícímu gravitačnímu zrychlení a dochází k tzv. gravitačnímu rudému posuvu. Přitom platí, že větší hodnotě gravitačního rudého posuvu odpovídá delší vlnová délka.

V momentě, kdy by měl padající pozorovatel překonat hranici horizontu událostí, bude gravitační rudý posuv nekonečně velký (vlnová délka světla z majáku bude nekonečná). Vnější pozorovatel by tedy nikdy neviděl průchod padajícího skrze horizont. Pozorovatel padající do černé díry projde Schwarzschildovým poloměrem z hlediska své souřadnicové soustavy za konečnou dobu. Vnější a padající pozorovatel mají tedy odlišné vztažné soustavy.

Graf zachycující rozdíl mezi vnějším a padajícím pozorovatelem při pádu do černé díry

Obrázek zachycující dva pohledy (přední a zadní) z okna rakety padajícího pozorovatele blížícího se k černé díře
(zdroj obrázku: www.physics.hku.hk)

Obecně, při pádu částice (tělesa) do černé díry dochází k postupnému naklánění jejího světelného kužele a v momentě, kdy částice (těleso) překročí hranici horizontu událostí, míří světelný kužel již jen po horizont. Částice (těleso) již nemůže ovlivnit budoucnost mimo horizont událostí.

Světelný kužel částice se při přibližování k horizontu událostí naklání. Po průchodu směřuje světelný kužel už jen pod horizont

Z prvního odstavce vyplývá ještě jedna zajímavá věc. Představme si, že padajícího pozorovatele nahradí povrch kolabující hvězdy. Vnější pozorovatel stejně tak, jako neuvidí pád padajícího pozorovatele pod horizont, tak nikdy neuvidí ani vznik černé díry, kolaps „zamrzne“ na hranici horizontu událostí.

Příběh odvážného astronauta Maxe

Tato část webu obsahuje příběh o odvážném astronautovi, který se vydal na průzkum černé díry. Příběh je určen dětem jako inspirace – mohou na něj navázat vlastními nápady, dopsat pokračování nebo vytvořit úplně novou vesmírnou povídku. Cílem je podpořit tvořivost, zájem o vesmír a propojení vědy s fantazií.

 V hlubokém a temném koutě vesmíru letí kosmickou lodí Galaxie 7 statečný astronaut Max. Není to obyčejný pilot – Max je zvědavý, chytrý a má rád záhady vesmíru. A právě teď míří k největší záhadě ze všech: k černé díře!

„To bude skvělé dobrodružství,“ usměje se Max, když jeho loď dorazí na okraj černé díry jménem Obr Schloubač. Hned si všimne první zvláštnosti – světlo okolo černé díry se zvláštně ohýbá. Hvězdy v pozadí vypadají jako zakřivené pruhy, některé dokonce jako by se zdvojily!

„To je díky obrovské gravitaci,“ mluví si Max do záznamníku, „světlo se ohýbá, protože prostor kolem černé díry je jako natažená a zkroucená plachta.“

Základna na planetě Terra ho sleduje pomocí dalekohledů a radiových signálů. Max jim každou chvíli posílá zprávy.

Ale čím blíž se černé díře dostává, tím víc si všímá něčeho zvláštního. Čas uvnitř jeho lodi plyne jinak. Zatímco on má pocit, že uběhly minuty, základna hlásí, že tam uběhly celé hodiny.

„Maxi, je to, jako bys byl zpomalený film,“ hlásí mu přítelkyně z řídícího střediska.

Maxovi se z toho zatočí hlava. „Takže pro mě tady běží čas normálně, ale pro vás mnohem rychleji? To je šílené!“

Jak se jeho loď blíží k horizontu událostí – bodu, odkud už není návratu – Max posílá poslední zprávu. Ale... signál se zpomaluje... zpomaluje... až úplně ustane.

Na základně teď vidí jen nehybný obraz jeho lodi těsně u okraje černé díry. Vypadá to, jako by se zastavil v čase. Ale Max uvnitř lodi nic z toho netuší. Pro něj cesta dál pokračuje…