Fyzikální charakteristika černých děr

Až název černá díra, který zavedl v roce 1968 americký astronom John Wheeler, byl natolik výrazný, že na sebe tyto objekty upoutaly pozornost širší veřejnosti. A právě v 60. letech a 70. letech 20. století se začínají černé díry výrazněji studovat.

Wheelerův název těchto objektů je velmi výstižný, neboť upozorňuje na dvě významné vlastnosti hroutících se objektů:

1.     jsou černé - nezáří totiž navenek v žádném oboru elektromagnetického záření;

Nevysílají-li žádné záření, jsou pro pozorovatele tedy černé - astronomové je na černém pozadí vesmíru nevidí.

2.     jsou to bezedné díry - veškeré hmotné objekty (libovolného složení, velikosti či hmotnosti) nalézající se v jejich blízkosti hroutící se objekt pohltí.

Černá díra je velmi malý objekt, ale má velmi silné gravitační pole. A právě gravitační síly způsobují deformaci všech objektů, které se dostanou příliš blízko (pod tzv. horizont událostí černé díry) k černé díře.

Černé díry, ač to tak na první pohled nevypadá, jsou ve skutečnosti fyzikálně nejjednoduššími objekty. Lze je totiž jednoznačně charakterizovat pouze třemi fyzikálními veličinami:

1.     hmotností M - charakterizuje nejjednodušší typ černé díry, kterou teoreticky vyřešil v roce 1916 německý astronom Karl Schwarzschild;

2.     momentem hybnosti L - černá díra, která má nenulový moment hybnosti, rotuje kolem své osy. Tento typ černé díry teoreticky popsal v roce 1963 novozélandský fyzik Roy Patrick Kerr (narozen 1934).

3.     elektrickým nábojem Q - jedná se o nejobecnější případ černé díry, který teoreticky vyřešil v roce 1965 americký fyzik Ezra Newman (proto se často mluví o Kerrových - Newmanových černých dírách).

Nejjednodušší jsou tedy na popis černé díry, které nerotují a nemají elektrický náboj. Složitější jsou černé díry bez elektrického náboje, které ovšem rotují. A nejsložitější na popis jsou rotující nabité černé díry.

Všechny ostatní charakteristiky (tvar hvězdy, velikost hvězdy, tlak v nitru hvězdy, magnetické pole hvězdy, …) původní hvězdy, z níž černá díra vznikla, pro vnějšího pozorovatele zaniknou. Navíc v praxi se astronomové málokdy setkají s elektricky nabitými černými dírami, což danou problematiku ještě ulehčuje. Hmotnost černé díry jednoznačně určuje velikost tzv. Schwarzschildova poloměru, který jednoznačně charakterizuje gravitační pole černé díry.

Dostane-li se těleso při pádu do černé díry pod tento poloměr, „není již návratu“ do vnějšího světa - padající těleso je definitivně zničeno v černé díře.