Charakteristiky černých děr

Hlavní charakteristiky Schwarzschildovy černé díry

Horizont událostí

Horizont událostí je množina bodů kolem černé díry, v níž je první kosmická rychlost rovna rychlosti světla ve vakuu. Světlo tedy nemůže opustit gravitační pole černé díry, ale není ani dírou staženo. Fotony tedy obíhají kolem černé díry po kružnici. Kdyby se taková černá díra nacházela před nějakým velmi zářivým objektem (například před zářící mlhovinou), viděl by vzdálený pozorovatel černý disk.

Protože z oblasti horizontu událostí nemůže uniknout žádná informace, nemůžeme vidět, co se děje pod ním a při určování vlastností „vnitřku“ černé díry jsme odkázání pouze na matematické výpočty.

Singularita

Podle obecné teorie relativity je veškerá hmotnost černé díry soustředěna v jednom bodě o nulovém objemu. Těleso s nenulovou hmotností o nulovém objemu má nekonečnou hustotu a takové „těleso“ vlastní při „povrchu“ gravitační pole o nekonečné intenzitě, a tedy zakřivení časoprostoru je též nekonečné.

Nicméně podle kvantové teorie nemůže existovat objekt s nulovou výškou, šířkou a délkou zároveň. Singularita tedy nemá nulový objem, ale obsahuje hmotnost stlačenou do nejmenších možných rozměrů. Bohužel v současné době neexistuje komplexní teorie, která by dokázala spojit kvantovou teorii a obecnou teorii relativity. Nejvážnější kandidát na tuto roli – teorie superstrun – taktéž nedovoluje mít nulový objem hmotného objektu.

Fotosféra

U nerotující černé díry má hranice fotosféry nulovou tloušťku a je ve vzdálenosti. Fotony pohybující se po tečně k  fotosféře budou nuceny obíhat černou díru po kružnici, kde však nezůstanou příliš dlouhou dobu. Fotony jednak interagují s hmotou padající do černé díry, nebo díky vysoké rychlosti, kterou mají, fluktuují kolem dokonale kruhové fotosféry. To vede buď k jejich pohlcení, nebo opuštění černé díry.

Hlavní charakteristiky rotující černé díry

Akreční disk

Podrobnosti obsaženy v kapitole Binární a milisekundové pulsary.

Statická mez

Rotující černá díra strhává časoprostor ve svém okolí a nutí ho rotovat spolu s ní. Statická mez je pak mez, na níž je časoprostor strháván právě rychlostí světla. Foton se tedy na této mezi nemůže pohybovat proti směru rotace černé díry.

Ergosféra

Ergosféra je prostor mezi poloměrem horizontu událostí a statickou mezí. Název pochází z řeckého slova „ergo“, což znamená v překladu práce. Částice vlétající do ergosféry totiž mohou tuto zónu opustit s vyšší energií, než do ní vlétly a tak černá díra koná práci na úkor svého momentu hybnosti. Tím se její rotace zpomaluje a plocha ergosféry zmenšuje.

Kerrova singularita

Již bylo zmíněno, že singularita nerotující černé díry má nulový objem. V případě rotující černé díry s nenulovým úhlovým momentem hybnosti má singularita tvar prstence. Tento prstenec má nulovou tloušťku a nenulový poloměr.

Schématický nákres rotující černé díry
(zdroj obrázku: www.zamandayolculuk.com)