Rastú čierne diery spolu s vesmírom?

Prvé riešenie Einsteinových rovníc bolo to, ktoré okrem iného opisuje čierne diery. Po svojom objaviteľovi sa volá Schwarzschildovo a bolo odvodené s prižmúrením očí. Keď ho odvádzate, poviete, že hmota sa nachádza v inak prázdnom statickom časopriestore.

Toto riešenie pochádza z roku 1916, tesne nato pribudlo riešenie pre elektricky nabité čierne diery a o niekoľko desaťročí pre rotujúce čierne diery, takzvané Kerrovo riešenie. Práve to je veľmi užitočné, lebo ak si vyberiete vo vesmíre nejakú čiernu dieru a odmeriate jej rotáciu, tak zistíte, že: „A predsa sa točí!“

Problém s touto sadou rôznych riešení nastal okolo roku 1927, kedy belgický kňaz Lemaître a americký astronóm Hubble nezávisle od seba zistili, že sa vesmír rozpína. Aj keď náznaky myšlienky nájdeme už v Friedmannových rovniciach, ktoré aplikujú Einsteinove zákony na celý vesmír. Ich riešením zistíte, ako presne sa vesmír rozpína.

Tieto dve vetvy vývoja sú, ako som naznačil, nekompatibilné. Pri odvodzovaní riešení pre čierne diery predpokladáte, že sa hmota, ktorá ich tvorí, nachádza v nemennom časopriestore. Zároveň však vieme, že sa časopriestor rozpína. Čo s tým?

Možné rozuzlenie priniesla v roku 2021 (!) dvojica Kroker a Weiner, ktorá sa známe Friedmannove rovnice pokúsila odvodiť iným spôsobom. Ak preskočíme mnoho technikalít, tak dospeli ku kurióznemu záveru – z ich rovníc vyplýva, že relativistické objekty, ako napríklad aj čierne diery, sa rozpínajú spolu s vesmírom.

To je naozaj kuriózna a pútavú myšlienka. Totiž, veľkosť čiernych dier je úmerná ich hmotnosti a ak rastie ich veľkosť, tak musí rásť aj ich hmotnosť. Existuje viacero možností, no najviac sa diskutuje o tej, že hmotnosť čiernych dier rastie s treťou mocninou veľkosti vesmíru. Teda, ak vesmír narastie 10-násobne, čierne diery narastú 10×10×10-násobne, teda 1000-násobne.

Teraz si držte klobúky, ide trochu matematiky. Ak sa vesmír zväčší, čo do priemeru, 10-násobne, jeho objem sa zväčší 1000-násobne. A to znamená, že koncentrácia vecí – napríklad prachu či vodíka – v ňom sa 1000-násobne zmenší. No ak zároveň čierne diery 1000-krát narastú, tak je síce ich koncentrácia 1000-krát menšia, no tieto dva efekty sa presne vyrušia. Ich celkový príspevok do hustoty energie vesmíru sa tak nemení.

A z tohto zistenia majú kozmológovia na krku husiu kožu. Prečo? Lebo keď sme určili, ako presne sa vesmír rozpína a rozpínal, tak sme výpočtom zistili, že musí obsahovať niečo, čoho energia pri rozpínaní neredne. To niečo dostalo názov tmavá energia, keďže to nevidíme a viac-menej vôbec netušíme, čo by to mohlo byť. Nový výskum však ukázal, že tmavú energiu možno nepotrebujeme – jej úlohu zastúpia rozpínajúce sa čierne diery.

Čerešničku na vrch tomu dali nedávne pozorovania. Výskumníci sa pozreli na typ galaxií, v ktorých centrálne supermasívne čierne diery prijímajú málo hmoty a teda rastú len veľmi pomaly. Pozreli na čierne diery blízke aj ďaleké, čím sa vlastne pozerali blízko a ďaleko do minulosti. Vedeli tak zreprodukovať, ako – štatisticky – rástli tieto málo vyživované supermasívne čierne diery. Ukázalo sa, že rastú veľmi podobne tomu, ako keby sa naozaj rozpínali spolu s vesmírom.

Toto, mimochodom, hrá do karát ľuďom, ktorý sa už desaťročia zaoberajú výskumom regulárnych čiernych dier, teda čiernych dier, ktoré v svojom strede nemajú dokonalú singularitu a ktoré majú, v istých prípadoch, rozpínavé tendencie.

Kým však zmažeme z wikipédie položku ‘tmavá energia’, treba povedať, že stále ide o prvotný nástrel myšlienky a teoretické aj praktické aspekty obsahujú veľa „možno“, „asi“ a „predpokladajme“. Najlepšie by bolo vidieť čiernu dieru rásť rovno pred našimi očami, no to by sa na ňu naše oči museli pozerať asi miliardu rokov. Každopádne, v kozmológii a astrofyzike sa zjavila fascinujúca vetva výskumu, uvidíme, čo privedie.

[Samuel]