Jak můžeme pozorovat něco, co nevidíme? To je základní otázka pro každého, kdo se zajímá o hledání a zkoumání černých děr. Černé díry jsou totiž objekty, jejichž gravitační tah je natolik silný, že mu neunikne nic, dokonce ani světlo, a proto nemůžeme tyto díry spatřit přímo.
How do you observe something you can't see? This is the basic question of somebody who's interested in finding and studying black holes. Because black holes are objects whose pull of gravity is so intense that nothing can escape it, not even light, so you can't see it directly.
Moje dnešní vyprávění o černých dírách se bude týkat jedné konkrétní černé díry. Chci zjistit, zda existuje skutečně masivní, nebo jak říkáme "supermasivní", černá díra ve středu naší galaxie. Tato věc je zajímavá proto, že nám umožňuje prokázat, zda tyto neobvyklé objekty skutečně existují či nikoliv. Rovněž se nám nabízí příležitost porozumět tomu, jak tyto supermasivní černé díry působí na okolní prostředí, a tomu, jak ovlivňují vznik a vývoj galaxií, v nichž se nacházejí.
So, my story today about black holes is about one particular black hole. I'm interested in finding whether or not there is a really massive, what we like to call "supermassive" black hole at the center of our galaxy. And the reason this is interesting is that it gives us an opportunity to prove whether or not these exotic objects really exist. And second, it gives us the opportunity to understand how these supermassive black holes interact with their environment, and to understand how they affect the formation and evolution of the galaxies which they reside in.
Na úvod musíme porozumět tomu, co je černá díra, abychom mohli pochopit, co je důkazem její existence. Co je tedy černá díra? V řadě ohledů je černá díra nesmírně jednoduchým objektem, jelikož ji lze popsat pouhými třemi charakteristikami - hmotou, momentem hybnosti a elektrickým nábojem. Já budu hovořit pouze o hmotě. Z tohoto pohledu se tedy jedná o velice jednoduchý objekt. Z jiného hlediska je to však nesmírně složitý objekt, k jehož popisu potřebujeme neobvyklé fyzikální pojmy, a který v určitém ohledu boří naše chápání fyziky vesmíru.
So, to begin with, we need to understand what a black hole is so we can understand the proof of a black hole. So, what is a black hole? Well, in many ways a black hole is an incredibly simple object, because there are only three characteristics that you can describe: the mass, the spin, and the charge. And I'm going to only talk about the mass. So, in that sense, it's a very simple object. But in another sense, it's an incredibly complicated object that we need relatively exotic physics to describe, and in some sense represents the breakdown of our physical understanding of the universe.
Dnes bych ale chtěla, abyste černou díru chápali - kvůli důkazu její existence - jako by to byl objekt, jehož hmota je zhuštěna do nulového objemu. Takže, i když budu mluvit o objektu, který je supermasivní, a k tomu, co to přesně znamená, se za chvíli dostanu, tak tento objekt nemá žádnou měřitelnou velikost. Je to celé trošku ošidné.
But today, the way I want you to understand a black hole, for the proof of a black hole, is to think of it as an object whose mass is confined to zero volume. So, despite the fact that I'm going to talk to you about an object that's supermassive, and I'm going to get to what that really means in a moment, it has no finite size. So, this is a little tricky.
Naštěstí však existuje něco, co má měřitelnou velikost, kterou můžeme vidět, a to něco je známo jako Schwarzschildův poloměr. Je pojmenován po člověku, který zjistil, proč je tento poloměr tak důležitý. Jedná o virtuální, nikoliv o skutečný poloměr - černá díra nemá žádnou velikost. Proč je tedy tento poloměr tak důležitý? Je důležitý, protože nám ukazuje, že černou dírou se může stát jakýkoliv objekt. Tedy vy, váš soused, váš mobilní telefon, i tento přednáškový sál se mohou stát černou dírou, pokud se podaří zhustit tyto objekty na velikost Schwarzschildova poloměru.
But fortunately there is a finite size that you can see, and that's known as the Schwarzschild radius. And that's named after the guy who recognized why it was such an important radius. This is a virtual radius, not reality; the black hole has no size. So why is it so important? It's important because it tells us that any object can become a black hole. That means you, your neighbor, your cellphone, the auditorium can become a black hole if you can figure out how to compress it down to the size of the Schwarzschild radius.
K čemu v takové situaci dojde? V takové situaci převáží gravitace. Gravitace převáží nad všemi ostatními známými silami. Daný objekt bude nucen se dále zmenšovat, až se stane nekonečně malým. Pak se z něj stane černá díra. Pokud bychom zhustili celou Zemi na velikost kostky cukru, stala by se z ní černá díra, protože velikost kostky cukru odpovídá jejímu Schwarzschildovu poloměru.
At that point, what's going to happen? At that point gravity wins. Gravity wins over all other known forces. And the object is forced to continue to collapse to an infinitely small object. And then it's a black hole. So, if I were to compress the Earth down to the size of a sugar cube, it would become a black hole, because the size of a sugar cube is its Schwarzschild radius.
Důležité je určit onen Schwarzschildův poloměr. Vlastně se dá určit poměrně jednoduše. Závisí totiž pouze na hmotě daného objektu. Větší objekty mají větší Schwarzschildův poloměr. Menší objekty mají Schwarzschildův poloměr menší. Kdybych tedy vzala slunce a zhustila ho na rozměry kampusu Oxfordské univerzity, stalo by se černou dírou.
Now, the key here is to figure out what that Schwarzschild radius is. And it turns out that it's actually pretty simple to figure out. It depends only on the mass of the object. Bigger objects have bigger Schwarzschild radii. Smaller objects have smaller Schwarzschild radii. So, if I were to take the sun and compress it down to the scale of the University of Oxford, it would become a black hole.
Nyní tedy víme, co je to Schwarzschildův poloměr. Jedná se o velice užitečný nástroj, protože nám ukazuje nejen to, kdy se černá díra vytvoří, ale poskytuje nám rovněž klíčové prvky důkazu existence černé díry. Potřebuji jen dvě věci. Potřebuji znát hmotu objektu, o němž tvrdím, že je černou dírou, a jeho Schwarzschildův poloměr. Jelikož hmota je určujícím faktorem Schwarzschildova poloměru, stačí mi vlastně znát jen jednu věc.
So, now we know what a Schwarzschild radius is. And it's actually quite a useful concept, because it tells us not only when a black hole will form, but it also gives us the key elements for the proof of a black hole. I only need two things. I need to understand the mass of the object I'm claiming is a black hole, and what its Schwarzschild radius is. And since the mass determines the Schwarzschild radius, there is actually only one thing I really need to know.
Můj úkol, mám-li vás přesvědčit o existenci černé díry, spočívá v tom ukázat, že existuje objekt, který je zcela obsažen uvnitř svého Schwarzschildova poloměru. A vaším dnešním úkolem je být skeptičtí. Nebudu mluvit o nějaké obyčejné černé díře. Budu mluvit o supermasivních černých dírách.
So, my job in convincing you that there is a black hole is to show that there is some object that's confined to within its Schwarzschild radius. And your job today is to be skeptical. Okay, so, I'm going to talk about no ordinary black hole; I'm going to talk about supermassive black holes.
Chtěla bych říct pár slov k tomu, co je obyčejná černá díra, pokud vůbec existuje něco takového jako obyčejná černá díra. Obyčejná černá díra je považována za poslední stádium života skutečně masivní hvězdy. Pokud je hvězda na počátku svého života mnohem masivnější než Slunce, ukončí svůj život výbuchem a zůstanou po ní takovéhle nádherné zbytky supernovy, jaké vidíme zde. Uvnitř takového zbytku supernovy bude malá černá díra která bude mít zhruba třikrát více hmoty než Slunce. Z astronomického hlediska se jedná o velice malou černou díru.
So, I wanted to say a few words about what an ordinary black hole is, as if there could be such a thing as an ordinary black hole. An ordinary black hole is thought to be the end state of a really massive star's life. So, if a star starts its life off with much more mass than the mass of the Sun, it's going to end its life by exploding and leaving behind these beautiful supernova remnants that we see here. And inside that supernova remnant is going to be a little black hole that has a mass roughly three times the mass of the Sun. On an astronomical scale that's a very small black hole.
Já chci ale hovořit o supermasivních černých dírách. Panuje názor, že supermasivní černé díry se nacházejí ve středech galaxií. Tenhle krásný obrázek z Hubblova vesmírného dalekohledu vám ukazuje, že galaxie mají nejrůznější podoby a velikosti. Existují velké galaxie. Existují i malé. Téměř každý objekt na tomto obrázku je galaxií. V levém horním okraji vidíte takovou velice pěknou spirálu. V téhle galaxii je sto miliard hvězd. To jen tak pro představu, o jakém měřítku zde hovoříme. Všechno světlo, které vidíme u typických galaxií, což jsou právě ty galaxie, na které se tady díváme, pochází z hvězd. Galaxie tedy vidíme díky hvězdnému světlu.
Now, what I want to talk about are the supermassive black holes. And the supermassive black holes are thought to reside at the center of galaxies. And this beautiful picture taken with the Hubble Space Telescope shows you that galaxies come in all shapes and sizes. There are big ones. There are little ones. Almost every object in that picture there is a galaxy. And there is a very nice spiral up in the upper left. And there are a hundred billion stars in that galaxy, just to give you a sense of scale. And all the light that we see from a typical galaxy, which is the kind of galaxies that we're seeing here, comes from the light from the stars. So, we see the galaxy because of the star light.
Existuje však několik poměrně neobvyklých galaxií. Říkávám jim primadony galaktického světa, protože jsou to takové chlubilky. Nazýváme je aktivní galaktická jádra. Nazýváme je tak proto, že jejich jádro, neboli jejich střed, je velice aktivní. Právě z tohoto středu vychází většina hvězdného světla. Ve skutečnosti ale vlastně vidíme světlo, které hvězdným světlem být nemůže. Je mnohem energetičtější. Několik ukázek toho, jak to vypadá, vidíme zde. Přímo ze středu rovněž vycházejí výtrysky. Opět je velice těžké vysvětlit, co je jejich zdrojem energie, pokud vycházíme z předpokladu, že galaxie sestávají pouze z hvězd.
Now, there are a few relatively exotic galaxies. I like to call these the prima donna of the galaxy world, because they are kind of show offs. And we call them active galactic nuclei. And we call them that because their nucleus, or their center, are very active. So, at the center there, that's actually where most of the starlight comes out from. And yet, what we actually see is light that can't be explained by the starlight. It's way more energetic. In fact, in a few examples it's like the ones that we're seeing here. There are also jets emanating out from the center. Again, a source of energy that's very difficult to explain if you just think that galaxies are composed of stars.
Někteří lidé nakonec přišli s myšlenkou, že možná existují supermasivní černé díry, do nichž padá hmota. Černou díru samotnou sice nemůžete vidět, ale můžete převést její gravitační energii na světlo, které vidíme. A tak se objevila myšlenka, že supermasivní černé díry možná existují ve středech galaxií. To je však pouze nepřímo odvozená úvaha.
So, what people have thought is that perhaps there are supermassive black holes which matter is falling on to. So, you can't see the black hole itself, but you can convert the gravitational energy of the black hole into the light we see. So, there is the thought that maybe supermassive black holes exist at the center of galaxies. But it's a kind of indirect argument.
I tak ale vedla k domněnce, že to nejsou pouze ony primadony, v nichž se nacházejí supermasivní černé díry, ale že v zásadě všechny galaxie mohou mít supermasivní černou díru ve svém středu. A pokud tomu tak je - Tady máme příklad normální galaxie. Vidíme hvězdné světlo. Pokud tady je supermasivní černá díra, pak se musíme domnívat, že to je černá díra, která drží dietu. Tak by totiž mohl být potlačen onen energetický jev, který pozorujeme v aktivním galaktickém jádru.
Nonetheless, it's given rise to the notion that maybe it's not just these prima donnas that have these supermassive black holes, but rather all galaxies might harbor these supermassive black holes at their centers. And if that's the case -- and this is an example of a normal galaxy; what we see is the star light. And if there is a supermassive black hole, what we need to assume is that it's a black hole on a diet. Because that is the way to suppress the energetic phenomena that we see in active galactic nuclei.
Pokud budeme hledat skryté černé díry ve středech galaxií, tak nejlepší místo, kam se podívat, je naše vlastní galaxie, naše Mléčná dráha. Tohle je panoramatický obrázek středu Mléčné dráhy. Vidíme zde hvězdy, seřazené v řadě. Je tomu tak proto, že žijeme v galaxii, která je zploštělým útvarem, připomínajícím disk. Žijeme uprostřed galaxie, takže když se díváme směrem k jejímu středu, vidíme tuto rovinu, která je rovinou naší galaxie, či linii, která tuto rovinu definuje.
If we're going to look for these stealth black holes at the center of galaxies, the best place to look is in our own galaxy, our Milky Way. And this is a wide field picture taken of the center of the Milky Way. And what we see is a line of stars. And that is because we live in a galaxy which has a flattened, disk-like structure. And we live in the middle of it, so when we look towards the center, we see this plane which defines the plane of the galaxy, or line that defines the plane of the galaxy.
Výhoda zkoumání naší vlastní galaxie spočívá prostě v tom, že se jedná o nejbližší galaktický střed, který máme k dispozici, protože další nejbližší galaxie leží stokrát dále. V naší galaxii tedy uvidíme mnohem více podrobností než kdekoliv jinde. A jak za chvilku uvidíte, schopnost vidět podrobnosti je pro tento experiment klíčová.
Now, the advantage of studying our own galaxy is it's simply the closest example of the center of a galaxy that we're ever going to have, because the next closest galaxy is 100 times further away. So, we can see far more detail in our galaxy than anyplace else. And as you'll see in a moment, the ability to see detail is key to this experiment.
Jak vůbec astronomové dokazují, že uvnitř malého objemu je obsaženo velké množství hmoty? Mým dnešním úkolem je ukázat vám právě tohle. Postup, který užíváme, je pozorování způsobu, jakým hvězdy obíhají kolem černé díry. Hvězdy obíhají černou díru stejným způsobem, jakým planety obíhají slunce. Je to gravitační tah, který nutí objekty k tomuto obíhání. Kdyby nebyly přítomny žádné masivní objekty, tak by ostatní objekty místo obíhání uletěly nebo by alespoň obíhaly mnohem pomalejším tempem, protože pro způsob jejich oběhu je rozhodující, kolik hmoty se nachází uvnitř jejich oběžné dráhy.
So, how do astronomers prove that there is a lot of mass inside a small volume? Which is the job that I have to show you today. And the tool that we use is to watch the way stars orbit the black hole. Stars will orbit the black hole in the very same way that planets orbit the sun. It's the gravitational pull that makes these things orbit. If there were no massive objects these things would go flying off, or at least go at a much slower rate because all that determines how they go around is how much mass is inside its orbit.
To je skvělé, protože, jak víte, mým úkolem je vám ukázat, že uvnitř malého objemu se skrývá velké množství hmoty. Pokud vím, jaká je rychlost oběhu, znám i hmotu. A pokud znám velikost oběžné dráhy, znám i poloměr. Chci se tedy podívat na hvězdy, které jsou pokud možno co nejblíže středu galaxie. Chci totiž dokázat přítomnost hmoty uvnitř co nejmenšího prostoru. Znamená to tedy, že chci vidět hodně podrobností. Proto jsme k tomuto experimentu použili největší dalekohled na světě.
So, this is great, because remember my job is to show there is a lot of mass inside a small volume. So, if I know how fast it goes around, I know the mass. And if I know the scale of the orbit I know the radius. So, I want to see the stars that are as close to the center of the galaxy as possible. Because I want to show there is a mass inside as small a region as possible. So, this means that I want to see a lot of detail. And that's the reason that for this experiment we've used the world's largest telescope.
Toto je Keckova observatoř. Disponuje dvěma dalekohledy se zrcadlem velikosti deseti metrů, což zhruba odpovídá průměru tenisového kurtu. To je úžasné, protože od velkých dalekohledů se očekávalo, že čím větší dalekohled, tím menší detaily nám umožní spatřit. Ukázalo se však, že tyto dalekohledy, a vlastně jakýkoliv pozemní dalekohled, nedokáží zcela naplnit očekávání, která do nich byla vkládána. Může za to atmosféra. Pro nás je atmosféra něčím úžasným, protože nám umožňuje zde na Zemi přežít. Na druhou stranu představuje poměrně zásadní překážku pro astronomy, kteří se chtějí dívat skrze atmosféru na astronomické zdroje.
This is the Keck observatory. It hosts two telescopes with a mirror 10 meters, which is roughly the diameter of a tennis court. Now, this is wonderful, because the campaign promise of large telescopes is that is that the bigger the telescope, the smaller the detail that we can see. But it turns out these telescopes, or any telescope on the ground has had a little bit of a challenge living up to this campaign promise. And that is because of the atmosphere. Atmosphere is great for us; it allows us to survive here on Earth. But it's relatively challenging for astronomers who want to look through the atmosphere to astronomical sources.
Pro vaši lepší představu je to vlastně, jako když se díváte na oblázek na dně potoka. Když se na ten oblázek na dně díváte, voda v potoce neustále prudce proudí, a proto oblázek vidíte jen s velkými obtížemi. Stejně tak je velice obtížné vidět astronomické zdroje, jelikož se kolem neustále pohybuje atmosféra.
So, to give you a sense of what this is like, it's actually like looking at a pebble at the bottom of a stream. Looking at the pebble on the bottom of the stream, the stream is continuously moving and turbulent, and that makes it very difficult to see the pebble on the bottom of the stream. Very much in the same way, it's very difficult to see astronomical sources, because of the atmosphere that's continuously moving by.
Strávila jsem značnou část svojí kariéry hledáním možností, jak vliv atmosféry korigovat, abychom viděli zřetelněji. Dosáhli jsme v tomto ohledu asi dvacetinásobného zlepšení. Myslím, že se všichni shodneme na tom, že pokud bychom zjistili, jak dvacetinásobně zlepšit svůj život, tak by se náš životní styl pravděpodobně opravdu výrazně vylepšil - všimli byste si toho u svého platu, u svých dětí.
So, I've spent a lot of my career working on ways to correct for the atmosphere, to give us a cleaner view. And that buys us about a factor of 20. And I think all of you can agree that if you can figure out how to improve life by a factor of 20, you've probably improved your lifestyle by a lot, say your salary, you'd notice, or your kids, you'd notice.
Tato animace je ukázkou jednoho příkladu užítí techniky, kterou nazýváme adaptivní optika. Vidíte zde animaci, která nabízí ukázku toho, co byste viděli, pokud byste této techniky nevyužili. Je to vlastně jen obrázek hvězd. Ten rámeček tady ohraničuje střed galaxie, kde se, jak se domníváme, nachází černá díra. Bez této technologie nemůžete vidět hvězdy. S její pomocí je najednou vidíte. Princip této technologie je založen na zapojení zrcadla do optického systému dalekohledu, které se neustále otáčí, aby korigovalo vliv atmosféry na vaše pozorování. Je to vlastně jako kdybyste svému dalekohledu pořídili opravdu drahé brýle.
And this animation here shows you one example of the techniques that we use, called adaptive optics. You're seeing an animation that goes between an example of what you would see if you don't use this technique -- in other words, just a picture that shows the stars -- and the box is centered on the center of the galaxy, where we think the black hole is. So, without this technology you can't see the stars. With this technology all of a sudden you can see it. This technology works by introducing a mirror into the telescope optics system that's continuously changing to counteract what the atmosphere is doing to you. So, it's kind of like very fancy eyeglasses for your telescope.
U několika dalších snímků se zaměřím na ten malý čtvereček tady. Budeme se tedy dívat pouze na hvězdy uvnitř toho malého čtverečku, ačkoliv jsme se dívali na všechny. Chci vidět, k jakému pohybu zde došlo. Během našeho experimentu se tyto hvězdy velice výrazně pohnuly. Tento experiment provádíme již patnáct let a za tu dobu jsme viděli hvězdy pohybovat se všemi směry.
Now, in the next few slides I'm just going to focus on that little square there. So, we're only going to look at the stars inside that small square, although we've looked at all of them. So, I want to see how these things have moved. And over the course of this experiment, these stars have moved a tremendous amount. So, we've been doing this experiment for 15 years, and we see the stars go all the way around.
Většina astronomů má svoji oblíbenou hvězdu a mojí oblíbenkyní je dnes hvězda, která je zde označena jako SO-2. Moje vůbec nejoblíbenější hvězda na světě. Je to proto, že její doba oběhu je jen patnáct let. Abyste měli představu, jak krátká doba to je, tak pro srovnání slunci trvá 200 miliónů let, než oběhne kolem středu galaxie. U hvězd nejblíže středu galaxie, které jsme znali dříve, je doba oběhu 500 let. Tahle hvězda to zvládne během lidského života. V určitém ohledu je to velmi hluboká myšlenka.
Now, most astronomers have a favorite star, and mine today is a star that's labeled up there, SO-2. Absolutely my favorite star in the world. And that's because it goes around in only 15 years. And to give you a sense of how short that is, the sun takes 200 million years to go around the center of the galaxy. Stars that we knew about before, that were as close to the center of the galaxy as possible, take 500 years. And this one, this one goes around in a human lifetime. That's kind of profound, in a way.
Zároveň je to ale klíč k tomuto experimentu. Oběžná dráha mi ukazuje, jak velké množství hmoty je soustředěno uvnitř velmi malého poloměru. Dále tady vidíme obrázek, který ukazuje rozměr, do nějž jsme byli před tímto experimentem schopni zhustit hmotu galaktického středu. Již dříve jsme věděli, že uvnitř tohoto kruhu je soustředěna hmota čtyřmilionkrát větší než hmota slunce. Jak můžete vidět, uvnitř toho kruhu byla i řada dalších věcí. Vidíte tu hodně hvězd. Existovalo tedy mnoho dalších alternativ k tezi, že ve středu naší galaxie se nachází supermasivní černá díra, protože tam mohlo být i mnoho jiných věcí.
But it's the key to this experiment. The orbit tells me how much mass is inside a very small radius. So, next we see a picture here that shows you before this experiment the size to which we could confine the mass of the center of the galaxy. What we knew before is that there was four million times the mass of the sun inside that circle. And as you can see, there was a lot of other stuff inside that circle. You can see a lot of stars. So, there was actually lots of alternatives to the idea that there was a supermassive black hole at the center of the galaxy, because you could put a lot of stuff in there.
Během tohoto experimentu jsme ale ohraničili stejnou hmotu mnohem menším objemem, desettisíckrát menším. Díky tomu jsme mohli dokázat, že tam supermasivní černá díra je. Abyste si udělali představu o tom, o jak malém rozměru zde hovoříme, tak takhle velká je naše sluneční soustava. Zhustili jsme tedy hmotu čtyř miliónů sluncí do takhle malého objemu.
But with this experiment, we've confined that same mass to a much smaller volume that's 10,000 times smaller. And because of that, we've been able to show that there is a supermassive black hole there. To give you a sense of how small that size is, that's the size of our solar system. So, we're cramming four million times the mass of the sun into that small volume.
A nyní: "Reklama má být pravdivá", že ano? Řekla jsem vám, že mým cílem je zredukovat velikost až na Schwarzschildův poloměr. A pravdou je, že jsem se tak daleko dosud nedostala. Dnes však nemáme žádné jiné alternativní vysvětlení této koncentrace hmoty. Je to nejlepší důkaz, který doposud máme o existenci supermasivní černé díry, nejen ve středu naší vlastní galaxie, ale kdekoliv v našem vesmíru. Co bude teď následovat? Myslím, že tohle je maximum, čeho jsme schopni se současnou technologií dosáhnout, a proto přejděme dál.
Now, truth in advertising. Right? I have told you my job is to get it down to the Schwarzchild radius. And the truth is, I'm not quite there. But we actually have no alternative today to explaining this concentration of mass. And, in fact, it's the best evidence we have to date for not only existence of a supermassive black hole at the center of our own galaxy, but any in our universe. So, what next? I actually think this is about as good as we're going to do with today's technology, so let's move on with the problem.
Chci vám velice stručně ukázat několik příkladů zajímavých věcí, které můžeme dělat již dnes ve středu naší galaxie, když teď už víme, nebo alespoň věříme, že se tam nachází supermasivní černá díra. Zábavná etapa tohoto experimentu spočívá v tom, že když jsme otestovali některé naše předpoklady dopadů existence supermasivní černé díry ve středu naší galaxie, téměř každý z těchto předpokladů byl v nesouladu s tím, co ve skutečnosti vidíme. A to je to zajímavé.
So, what I want to tell you, very briefly, is a few examples of the excitement of what we can do today at the center of the galaxy, now that we know that there is, or at least we believe, that there is a supermassive black hole there. And the fun phase of this experiment is, while we've tested some of our ideas about the consequences of a supermassive black hole being at the center of our galaxy, almost every single one has been inconsistent with what we actually see. And that's the fun.
Uvedu zde dva příklady. Můžeme si položit otázku: "Co čekat u starých hvězd, které se pohybují kolem středu galaxie již dlouhou dobu a které měly dost času k vzájemné interakci s černou dírou?" Dalo by se očekávat, že staré hvězdy budou natěsno seskupeny kolem černé díry. Poblíž té černé díry byste měli vidět hodně starých hvězd.
So, let me give you the two examples. You can ask, "What do you expect for the old stars, stars that have been around the center of the galaxy for a long time, they've had plenty of time to interact with the black hole." What you expect there is that old stars should be very clustered around the black hole. You should see a lot of old stars next to that black hole.
Naopak, mladé hvězdy by tam být neměly. Černá díra není pro hvězdnou školku dobrým sousedem. K vzniku hvězdy je třeba, aby se zhustil velký oblak plynu a prachu. Jedná se o velmi křehký útvar. Co ale způsobí velká černá díra? Roztrhá ten oblak plynu. Má mnohem silnější tah na jedné straně než na druhé a ten oblak se proto roztrhá. Domnívali jsme se proto, že v podobném prostředí by k vzniku hvězd nemělo docházet.
Likewise, for the young stars, or in contrast, the young stars, they just should not be there. A black hole does not make a kind neighbor to a stellar nursery. To get a star to form, you need a big ball of gas and dust to collapse. And it's a very fragile entity. And what does the big black hole do? It strips that gas cloud apart. It pulls much stronger on one side than the other and the cloud is stripped apart. In fact, we anticipated that star formation shouldn't proceed in that environment.
Neměli bychom tam tedy vidět mladé hvězdy. Co ale vidíme? Na základě jiných metod pozorování, než jsem vám dnes ukazovala, můžeme zjistit, které hvězdy jsou staré a které jsou mladé. Staré hvězdy jsou červené. Mladé jsou modré. U žlutých zatím nevíme. Už tedy sami vidíte to překvapení. Je tu nedostatek starých hvězd. Je tu mnoho mladých hvězd, což je přesný opak toho, co jsme očekávali.
So, you shouldn't see young stars. So, what do we see? Using observations that are not the ones I've shown you today, we can actually figure out which ones are old and which ones are young. The old ones are red. The young ones are blue. And the yellow ones, we don't know yet. So, you can already see the surprise. There is a dearth of old stars. There is an abundance of young stars, so it's the exact opposite of the prediction.
To je ta legrační stránka celé věci. Je to vlastně to, co se snažíme zjistit, objasnit to tajemství, jak vyřešit tenhle rozpor. Moji doktorarandi jsou právě v tuto chvíli, dnes, u dalekohledu na Havaji, a provádějí pozorování, které nás, doufejme, posune do další fáze, kde budeme moci zodpovědět otázku, proč zde vidíme tolik mladých hvězd a tak málo starých. Abychom dosáhli dalšího pokroku, musíme se podívat na oběžné dráhy hvězd, které se nacházejí mnohem dále. K tomu budeme pravděpodobně potřebovat mnohem vyspělejší technologii než máme dnes.
So, this is the fun part. And in fact, today, this is what we're trying to figure out, this mystery of how do you get -- how do you resolve this contradiction. So, in fact, my graduate students are, at this very moment, today, at the telescope, in Hawaii, making observations to get us hopefully to the next stage, where we can address this question of why are there so many young stars, and so few old stars. To make further progress we really need to look at the orbits of stars that are much further away. To do that we'll probably need much more sophisticated technology than we have today.
Protože, i když jsem říkala, že korigujeme vliv atmosféry Země, jsme schopni zkorigovat pouze polovinu chyb, které vzniknou. Děláme to tak, že do atmosféry vysíláme laserový paprsek, a domníváme se, že pokud bychom jich vyslali více, opravili bychom i zbytek chyb. Doufáme, že k tomu dojde někdy během několika následujících let. A v mnohem delším časovém horizontu doufáme, že budeme schopni zkonstruovat ještě větší dalekohledy, protože, jak víte, v astronomii platí heslo: čím větší, tím lepší.
Because, in truth, while I said we're correcting for the Earth's atmosphere, we actually only correct for half the errors that are introduced. We do this by shooting a laser up into the atmosphere, and what we think we can do is if we shine a few more that we can correct the rest. So this is what we hope to do in the next few years. And on a much longer time scale, what we hope to do is build even larger telescopes, because, remember, bigger is better in astronomy.
Chceme tedy zkonstruovat třicetimetrový dalekohled. A s pomocí tohoto dalekohledu bychom měli být schopni spatřit hvězdy, které jsou ještě blíže středu naší galaxie. Doufáme, že budeme moci otestovat některé z Einsteinových obecných teorií relativity a některé kosmologické teze o vzniku galaxií. Domníváme se, že budoucnost tohoto experimentu bude nesmírně zajímavá.
So, we want to build a 30 meter telescope. And with this telescope we should be able to see stars that are even closer to the center of the galaxy. And we hope to be able to test some of Einstein's theories of general relativity, some ideas in cosmology about how galaxies form. So, we think the future of this experiment is quite exciting.
Na závěr vám ukážu animaci, která vlastně zachycuje, jak se tyto oběžné dráhy pohybují, ve třech rozměrech. Doufám, když nic jiného, že jsem vás přesvědčila o tom, že skutečně existuje supermasivní černá díra ve středu naší galaxie. Znamená to, že tyto objekty v našem vesmíru skutečně existují a že se s tím musíme vyrovnat, že musíme vysvětlit, jak se v našem fyzickém světě objevily.
So, in conclusion, I'm going to show you an animation that basically shows you how these orbits have been moving, in three dimensions. And I hope, if nothing else, I've convinced you that, one, we do in fact have a supermassive black hole at the center of the galaxy. And this means that these things do exist in our universe, and we have to contend with this, we have to explain how you can get these objects in our physical world.
Rovněž jsme se dnes podívali na interakci supermasivních černých děr s okolním prostředím, a možná porozuměli roli, jakou sehrávají při určování podoby a fungování galaxií.
Second, we've been able to look at that interaction of how supermassive black holes interact, and understand, maybe, the role in which they play in shaping what galaxies are, and how they work.
A v neposlední řadě, žádná z těchto věcí by nebyla možná bez úžasného pokroku, který se odehrál na poli technologie. Domníváme se, že tento obor se velice rychle vyvíjí a má do budoucna velký potenciál. Mnohokrát vám děkuji. (Potlesk)
And last but not least, none of this would have happened without the advent of the tremendous progress that's been made on the technology front. And we think that this is a field that is moving incredibly fast, and holds a lot in store for the future. Thanks very much. (Applause)