TEDGlobal 2009
Andrea Ghez: The hunt for a supermassive black hole
Andrea Ghez: Pátrání po supermasivní černé díře
Filmed:
Readability: 3.4
866,701 views
Na základě nových údajů z Keckových dalekohledů Andrea Ghez ukazuje, jak současná adaptivní optika pomáhá astronomům porozumět nejtajemnějším objektům v našem vesmíru - černým dírám. Hovoří o důkazech pro tvrzení, že supermasivní černá díra by se mohla skrývat ve středu Mléčné dráhy.
Andrea Ghez - Astronomer
Andrea Ghez is a stargazing detective, tracking the visible and invisible forces lurking in the vastness of interstellar space. Full bio
Andrea Ghez is a stargazing detective, tracking the visible and invisible forces lurking in the vastness of interstellar space. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:15
How do you observe something you can't see?
0
0
3000
Jak můžeme pozorovat něco, co nevidíme?
00:18
This is the basic question of somebody who's interested
1
3000
3000
To je základní otázka pro každého, kdo se zajímá
00:21
in finding and studying black holes.
2
6000
2000
o hledání a zkoumání černých děr.
00:23
Because black holes are objects
3
8000
2000
Černé díry jsou totiž objekty,
00:25
whose pull of gravity is so intense
4
10000
3000
jejichž gravitační tah je natolik silný,
00:28
that nothing can escape it, not even light,
5
13000
2000
že mu neunikne nic, dokonce ani světlo,
00:30
so you can't see it directly.
6
15000
2000
a proto nemůžeme tyto díry spatřit přímo.
00:32
So, my story today about black holes
7
17000
3000
Moje dnešní vyprávění o černých dírách
00:35
is about one particular black hole.
8
20000
2000
se bude týkat jedné konkrétní černé díry.
00:37
I'm interested in finding whether or not
9
22000
3000
Chci zjistit, zda existuje
00:40
there is a really massive, what we like to call
10
25000
3000
skutečně masivní, nebo jak říkáme
00:43
"supermassive" black hole at the center of our galaxy.
11
28000
3000
"supermasivní", černá díra ve středu naší galaxie.
00:46
And the reason this is interesting is that
12
31000
3000
Tato věc je zajímavá proto,
00:49
it gives us an opportunity to prove
13
34000
3000
že nám umožňuje prokázat,
00:52
whether or not these exotic objects really exist.
14
37000
4000
zda tyto neobvyklé objekty skutečně existují či nikoliv.
00:56
And second, it gives us the opportunity
15
41000
2000
Rovněž se nám nabízí příležitost
00:58
to understand how these supermassive black holes
16
43000
3000
porozumět tomu, jak tyto supermasivní černé díry
01:01
interact with their environment,
17
46000
2000
působí na okolní prostředí,
01:03
and to understand how they affect the formation and evolution
18
48000
3000
a tomu, jak ovlivňují vznik a vývoj
01:06
of the galaxies which they reside in.
19
51000
3000
galaxií, v nichž se nacházejí.
01:09
So, to begin with,
20
54000
2000
Na úvod
01:11
we need to understand what a black hole is
21
56000
3000
musíme porozumět tomu, co je černá díra,
01:14
so we can understand the proof of a black hole.
22
59000
2000
abychom mohli pochopit, co je důkazem její existence.
01:16
So, what is a black hole?
23
61000
2000
Co je tedy černá díra?
01:18
Well, in many ways a black hole is an incredibly simple object,
24
63000
4000
V řadě ohledů je černá díra nesmírně jednoduchým objektem,
01:22
because there are only three characteristics that you can describe:
25
67000
3000
jelikož ji lze popsat pouhými třemi charakteristikami -
01:25
the mass,
26
70000
2000
hmotou,
01:27
the spin, and the charge.
27
72000
2000
momentem hybnosti a elektrickým nábojem.
01:29
And I'm going to only talk about the mass.
28
74000
2000
Já budu hovořit pouze o hmotě.
01:31
So, in that sense, it's a very simple object.
29
76000
3000
Z tohoto pohledu se tedy jedná o velice jednoduchý objekt.
01:34
But in another sense, it's an incredibly complicated object
30
79000
2000
Z jiného hlediska je to však nesmírně složitý objekt,
01:36
that we need relatively exotic physics to describe,
31
81000
3000
k jehož popisu potřebujeme neobvyklé fyzikální pojmy,
01:39
and in some sense represents the breakdown of our physical understanding
32
84000
4000
a který v určitém ohledu boří naše chápání fyziky
01:43
of the universe.
33
88000
2000
vesmíru.
01:45
But today, the way I want you to understand a black hole,
34
90000
2000
Dnes bych ale chtěla, abyste černou díru chápali -
01:47
for the proof of a black hole,
35
92000
2000
kvůli důkazu její existence -
01:49
is to think of it as an object
36
94000
2000
jako by to byl objekt,
01:51
whose mass is confined to zero volume.
37
96000
3000
jehož hmota je zhuštěna do nulového objemu.
01:54
So, despite the fact that I'm going to talk to you about
38
99000
2000
Takže, i když budu mluvit o objektu,
01:56
an object that's supermassive,
39
101000
3000
který je supermasivní,
01:59
and I'm going to get to what that really means in a moment,
40
104000
2000
a k tomu, co to přesně znamená, se za chvíli dostanu,
02:01
it has no finite size.
41
106000
3000
tak tento objekt nemá žádnou měřitelnou velikost.
02:04
So, this is a little tricky.
42
109000
2000
Je to celé trošku ošidné.
02:06
But fortunately there is a finite size that you can see,
43
111000
4000
Naštěstí však existuje něco, co má měřitelnou velikost, kterou můžeme vidět,
02:10
and that's known as the Schwarzschild radius.
44
115000
3000
a to něco je známo jako Schwarzschildův poloměr.
02:13
And that's named after the guy who recognized
45
118000
2000
Je pojmenován po člověku, který zjistil,
02:15
why it was such an important radius.
46
120000
2000
proč je tento poloměr tak důležitý.
02:17
This is a virtual radius, not reality; the black hole has no size.
47
122000
3000
Jedná o virtuální, nikoliv o skutečný poloměr - černá díra nemá žádnou velikost.
02:20
So why is it so important?
48
125000
2000
Proč je tedy tento poloměr tak důležitý?
02:22
It's important because it tells us
49
127000
2000
Je důležitý, protože nám ukazuje,
02:24
that any object can become a black hole.
50
129000
4000
že černou dírou se může stát jakýkoliv objekt.
02:28
That means you, your neighbor, your cellphone,
51
133000
3000
Tedy vy, váš soused, váš mobilní telefon,
02:31
the auditorium can become a black hole
52
136000
2000
i tento přednáškový sál se mohou stát černou dírou,
02:33
if you can figure out how to compress it down
53
138000
3000
pokud se podaří zhustit tyto objekty
02:36
to the size of the Schwarzschild radius.
54
141000
2000
na velikost Schwarzschildova poloměru.
02:38
At that point, what's going to happen?
55
143000
3000
K čemu v takové situaci dojde?
02:41
At that point gravity wins.
56
146000
2000
V takové situaci převáží gravitace.
02:43
Gravity wins over all other known forces.
57
148000
2000
Gravitace převáží nad všemi ostatními známými silami.
02:45
And the object is forced to continue to collapse
58
150000
3000
Daný objekt bude nucen se dále zmenšovat,
02:48
to an infinitely small object.
59
153000
2000
až se stane nekonečně malým.
02:50
And then it's a black hole.
60
155000
2000
Pak se z něj stane černá díra.
02:52
So, if I were to compress the Earth down to the size of a sugar cube,
61
157000
5000
Pokud bychom zhustili celou Zemi na velikost kostky cukru,
02:57
it would become a black hole,
62
162000
2000
stala by se z ní černá díra,
02:59
because the size of a sugar cube is its Schwarzschild radius.
63
164000
4000
protože velikost kostky cukru odpovídá jejímu Schwarzschildovu poloměru.
03:03
Now, the key here is to figure out what that Schwarzschild radius is.
64
168000
3000
Důležité je určit onen Schwarzschildův poloměr.
03:06
And it turns out that it's actually pretty simple to figure out.
65
171000
4000
Vlastně se dá určit poměrně jednoduše.
03:10
It depends only on the mass of the object.
66
175000
2000
Závisí totiž pouze na hmotě daného objektu.
03:12
Bigger objects have bigger Schwarzschild radii.
67
177000
2000
Větší objekty mají větší Schwarzschildův poloměr.
03:14
Smaller objects have smaller Schwarzschild radii.
68
179000
3000
Menší objekty mají Schwarzschildův poloměr menší.
03:17
So, if I were to take the sun
69
182000
2000
Kdybych tedy vzala slunce
03:19
and compress it down to the scale of the University of Oxford,
70
184000
3000
a zhustila ho na rozměry kampusu Oxfordské univerzity,
03:22
it would become a black hole.
71
187000
3000
stalo by se černou dírou.
03:25
So, now we know what a Schwarzschild radius is.
72
190000
3000
Nyní tedy víme, co je to Schwarzschildův poloměr.
03:28
And it's actually quite a useful concept,
73
193000
2000
Jedná se o velice užitečný nástroj,
03:30
because it tells us not only
74
195000
2000
protože nám ukazuje nejen to,
03:32
when a black hole will form,
75
197000
2000
kdy se černá díra vytvoří,
03:34
but it also gives us the key elements for the proof of a black hole.
76
199000
3000
ale poskytuje nám rovněž klíčové prvky důkazu existence černé díry.
03:37
I only need two things.
77
202000
2000
Potřebuji jen dvě věci.
03:39
I need to understand the mass of the object
78
204000
2000
Potřebuji znát hmotu objektu,
03:41
I'm claiming is a black hole,
79
206000
2000
o němž tvrdím, že je černou dírou,
03:43
and what its Schwarzschild radius is.
80
208000
2000
a jeho Schwarzschildův poloměr.
03:45
And since the mass determines the Schwarzschild radius,
81
210000
2000
Jelikož hmota je určujícím faktorem Schwarzschildova poloměru,
03:47
there is actually only one thing I really need to know.
82
212000
2000
stačí mi vlastně znát jen jednu věc.
03:49
So, my job in convincing you
83
214000
2000
Můj úkol, mám-li vás přesvědčit
03:51
that there is a black hole
84
216000
2000
o existenci černé díry,
03:53
is to show that there is some object
85
218000
2000
spočívá v tom ukázat, že existuje objekt,
03:55
that's confined to within its Schwarzschild radius.
86
220000
3000
který je zcela obsažen uvnitř svého Schwarzschildova poloměru.
03:58
And your job today is to be skeptical.
87
223000
3000
A vaším dnešním úkolem je být skeptičtí.
04:01
Okay, so, I'm going to talk about no ordinary black hole;
88
226000
4000
Nebudu mluvit o nějaké obyčejné černé díře.
04:05
I'm going to talk about supermassive black holes.
89
230000
3000
Budu mluvit o supermasivních černých dírách.
04:08
So, I wanted to say a few words about what an ordinary black hole is,
90
233000
2000
Chtěla bych říct pár slov k tomu, co je obyčejná černá díra,
04:10
as if there could be such a thing as an ordinary black hole.
91
235000
3000
pokud vůbec existuje něco takového jako obyčejná černá díra.
04:13
An ordinary black hole is thought to be the end state
92
238000
3000
Obyčejná černá díra je považována za poslední stádium
04:16
of a really massive star's life.
93
241000
2000
života skutečně masivní hvězdy.
04:18
So, if a star starts its life off
94
243000
2000
Pokud je hvězda na počátku svého života
04:20
with much more mass than the mass of the Sun,
95
245000
2000
mnohem masivnější než Slunce,
04:22
it's going to end its life by exploding
96
247000
3000
ukončí svůj život výbuchem
04:25
and leaving behind these beautiful supernova remnants that we see here.
97
250000
3000
a zůstanou po ní takovéhle nádherné zbytky supernovy, jaké vidíme zde.
04:28
And inside that supernova remnant
98
253000
2000
Uvnitř takového zbytku supernovy
04:30
is going to be a little black hole
99
255000
2000
bude malá černá díra
04:32
that has a mass roughly three times the mass of the Sun.
100
257000
3000
která bude mít zhruba třikrát více hmoty než Slunce.
04:35
On an astronomical scale
101
260000
2000
Z astronomického hlediska
04:37
that's a very small black hole.
102
262000
2000
se jedná o velice malou černou díru.
04:39
Now, what I want to talk about are the supermassive black holes.
103
264000
3000
Já chci ale hovořit o supermasivních černých dírách.
04:42
And the supermassive black holes are thought to reside at the center of galaxies.
104
267000
4000
Panuje názor, že supermasivní černé díry se nacházejí ve středech galaxií.
04:46
And this beautiful picture taken with the Hubble Space Telescope
105
271000
3000
Tenhle krásný obrázek z Hubblova vesmírného dalekohledu
04:49
shows you that galaxies come in all shapes and sizes.
106
274000
3000
vám ukazuje, že galaxie mají nejrůznější podoby a velikosti.
04:52
There are big ones. There are little ones.
107
277000
2000
Existují velké galaxie. Existují i malé.
04:54
Almost every object in that picture there is a galaxy.
108
279000
3000
Téměř každý objekt na tomto obrázku je galaxií.
04:57
And there is a very nice spiral up in the upper left.
109
282000
3000
V levém horním okraji vidíte takovou velice pěknou spirálu.
05:00
And there are a hundred billion stars in that galaxy,
110
285000
4000
V téhle galaxii je sto miliard hvězd.
05:04
just to give you a sense of scale.
111
289000
2000
To jen tak pro představu, o jakém měřítku zde hovoříme.
05:06
And all the light that we see from a typical galaxy,
112
291000
2000
Všechno světlo, které vidíme u typických galaxií,
05:08
which is the kind of galaxies that we're seeing here,
113
293000
2000
což jsou právě ty galaxie, na které se tady díváme,
05:10
comes from the light from the stars.
114
295000
2000
pochází z hvězd.
05:12
So, we see the galaxy because of the star light.
115
297000
2000
Galaxie tedy vidíme díky hvězdnému světlu.
05:14
Now, there are a few relatively exotic galaxies.
116
299000
4000
Existuje však několik poměrně neobvyklých galaxií.
05:18
I like to call these the prima donna of the galaxy world,
117
303000
3000
Říkávám jim primadony galaktického světa,
05:21
because they are kind of show offs.
118
306000
2000
protože jsou to takové chlubilky.
05:23
And we call them active galactic nuclei.
119
308000
2000
Nazýváme je aktivní galaktická jádra.
05:25
And we call them that because their nucleus,
120
310000
2000
Nazýváme je tak proto, že jejich jádro,
05:27
or their center, are very active.
121
312000
3000
neboli jejich střed, je velice aktivní.
05:30
So, at the center there, that's actually where
122
315000
2000
Právě z tohoto středu
05:32
most of the starlight comes out from.
123
317000
2000
vychází většina hvězdného světla.
05:34
And yet, what we actually see is light
124
319000
2000
Ve skutečnosti ale vlastně vidíme světlo,
05:36
that can't be explained by the starlight.
125
321000
3000
které hvězdným světlem být nemůže.
05:39
It's way more energetic.
126
324000
2000
Je mnohem energetičtější.
05:41
In fact, in a few examples it's like the ones that we're seeing here.
127
326000
2000
Několik ukázek toho, jak to vypadá, vidíme zde.
05:43
There are also jets emanating out from the center.
128
328000
3000
Přímo ze středu rovněž vycházejí výtrysky.
05:46
Again, a source of energy that's very difficult to explain
129
331000
4000
Opět je velice těžké vysvětlit, co je jejich zdrojem energie,
05:50
if you just think that galaxies are composed of stars.
130
335000
2000
pokud vycházíme z předpokladu, že galaxie sestávají pouze z hvězd.
05:52
So, what people have thought is that perhaps
131
337000
2000
Někteří lidé nakonec přišli s myšlenkou,
05:54
there are supermassive black holes
132
339000
3000
že možná existují supermasivní černé díry,
05:57
which matter is falling on to.
133
342000
3000
do nichž padá hmota.
06:00
So, you can't see the black hole itself,
134
345000
2000
Černou díru samotnou sice nemůžete vidět,
06:02
but you can convert the gravitational energy of the black hole
135
347000
3000
ale můžete převést její gravitační energii
06:05
into the light we see.
136
350000
2000
na světlo, které vidíme.
06:07
So, there is the thought that maybe supermassive black holes
137
352000
2000
A tak se objevila myšlenka, že supermasivní černé díry
06:09
exist at the center of galaxies.
138
354000
2000
možná existují ve středech galaxií.
06:11
But it's a kind of indirect argument.
139
356000
2000
To je však pouze nepřímo odvozená úvaha.
06:13
Nonetheless, it's given rise to the notion
140
358000
2000
I tak ale vedla k domněnce,
06:15
that maybe it's not just these prima donnas
141
360000
3000
že to nejsou pouze ony primadony,
06:18
that have these supermassive black holes,
142
363000
2000
v nichž se nacházejí supermasivní černé díry,
06:20
but rather all galaxies might harbor these
143
365000
3000
ale že v zásadě všechny galaxie mohou mít
06:23
supermassive black holes at their centers.
144
368000
2000
supermasivní černou díru ve svém středu.
06:25
And if that's the case -- and this is an example of a normal galaxy;
145
370000
3000
A pokud tomu tak je - Tady máme příklad normální galaxie.
06:28
what we see is the star light.
146
373000
2000
Vidíme hvězdné světlo.
06:30
And if there is a supermassive black hole,
147
375000
2000
Pokud tady je supermasivní černá díra,
06:32
what we need to assume is that it's a black hole on a diet.
148
377000
3000
pak se musíme domnívat, že to je černá díra, která drží dietu.
06:35
Because that is the way to suppress the energetic phenomena that we see
149
380000
3000
Tak by totiž mohl být potlačen onen energetický jev, který pozorujeme
06:38
in active galactic nuclei.
150
383000
3000
v aktivním galaktickém jádru.
06:41
If we're going to look for these stealth black holes
151
386000
3000
Pokud budeme hledat skryté černé díry
06:44
at the center of galaxies,
152
389000
2000
ve středech galaxií,
06:46
the best place to look is in our own galaxy, our Milky Way.
153
391000
4000
tak nejlepší místo, kam se podívat, je naše vlastní galaxie, naše Mléčná dráha.
06:50
And this is a wide field picture
154
395000
2000
Tohle je panoramatický obrázek
06:52
taken of the center of the Milky Way.
155
397000
3000
středu Mléčné dráhy.
06:55
And what we see is a line of stars.
156
400000
3000
Vidíme zde hvězdy, seřazené v řadě.
06:58
And that is because we live in a galaxy which has
157
403000
2000
Je tomu tak proto, že žijeme v galaxii, která je
07:00
a flattened, disk-like structure.
158
405000
2000
zploštělým útvarem, připomínajícím disk.
07:02
And we live in the middle of it, so when we look towards the center,
159
407000
2000
Žijeme uprostřed galaxie, takže když se díváme směrem k jejímu středu,
07:04
we see this plane which defines the plane of the galaxy,
160
409000
2000
vidíme tuto rovinu, která je rovinou naší galaxie,
07:06
or line that defines the plane of the galaxy.
161
411000
4000
či linii, která tuto rovinu definuje.
07:10
Now, the advantage of studying our own galaxy
162
415000
3000
Výhoda zkoumání naší vlastní galaxie
07:13
is it's simply the closest example of the center of a galaxy
163
418000
3000
spočívá prostě v tom, že se jedná o nejbližší galaktický střed,
07:16
that we're ever going to have, because the next closest galaxy
164
421000
2000
který máme k dispozici, protože další nejbližší galaxie
07:18
is 100 times further away.
165
423000
3000
leží stokrát dále.
07:21
So, we can see far more detail in our galaxy
166
426000
2000
V naší galaxii tedy uvidíme mnohem více podrobností
07:23
than anyplace else.
167
428000
2000
než kdekoliv jinde.
07:25
And as you'll see in a moment, the ability to see detail
168
430000
2000
A jak za chvilku uvidíte, schopnost vidět podrobnosti
07:27
is key to this experiment.
169
432000
3000
je pro tento experiment klíčová.
07:30
So, how do astronomers prove that there is a lot of mass
170
435000
3000
Jak vůbec astronomové dokazují, že uvnitř malého objemu je obsaženo
07:33
inside a small volume?
171
438000
2000
velké množství hmoty?
07:35
Which is the job that I have to show you today.
172
440000
3000
Mým dnešním úkolem je ukázat vám právě tohle.
07:38
And the tool that we use is to watch the way
173
443000
2000
Postup, který užíváme, je pozorování způsobu,
07:40
stars orbit the black hole.
174
445000
3000
jakým hvězdy obíhají kolem černé díry.
07:43
Stars will orbit the black hole
175
448000
2000
Hvězdy obíhají černou díru
07:45
in the very same way that planets orbit the sun.
176
450000
3000
stejným způsobem, jakým planety obíhají slunce.
07:48
It's the gravitational pull
177
453000
2000
Je to gravitační tah,
07:50
that makes these things orbit.
178
455000
2000
který nutí objekty k tomuto obíhání.
07:52
If there were no massive objects these things would go flying off,
179
457000
3000
Kdyby nebyly přítomny žádné masivní objekty, tak by ostatní objekty místo obíhání uletěly
07:55
or at least go at a much slower rate
180
460000
2000
nebo by alespoň obíhaly mnohem pomalejším tempem,
07:57
because all that determines how they go around
181
462000
3000
protože pro způsob jejich oběhu je rozhodující,
08:00
is how much mass is inside its orbit.
182
465000
2000
kolik hmoty se nachází uvnitř jejich oběžné dráhy.
08:02
So, this is great, because remember my job is to show
183
467000
2000
To je skvělé, protože, jak víte, mým úkolem je vám ukázat,
08:04
there is a lot of mass inside a small volume.
184
469000
2000
že uvnitř malého objemu se skrývá velké množství hmoty.
08:06
So, if I know how fast it goes around, I know the mass.
185
471000
3000
Pokud vím, jaká je rychlost oběhu, znám i hmotu.
08:09
And if I know the scale of the orbit I know the radius.
186
474000
3000
A pokud znám velikost oběžné dráhy, znám i poloměr.
08:12
So, I want to see the stars
187
477000
2000
Chci se tedy podívat na hvězdy,
08:14
that are as close to the center of the galaxy as possible.
188
479000
2000
které jsou pokud možno co nejblíže středu galaxie.
08:16
Because I want to show there is a mass inside as small a region as possible.
189
481000
4000
Chci totiž dokázat přítomnost hmoty uvnitř co nejmenšího prostoru.
08:20
So, this means that I want to see a lot of detail.
190
485000
3000
Znamená to tedy, že chci vidět hodně podrobností.
08:23
And that's the reason that for this experiment we've used
191
488000
2000
Proto jsme k tomuto experimentu použili
08:25
the world's largest telescope.
192
490000
2000
největší dalekohled na světě.
08:27
This is the Keck observatory. It hosts two telescopes
193
492000
3000
Toto je Keckova observatoř. Disponuje dvěma dalekohledy
08:30
with a mirror 10 meters, which is roughly
194
495000
2000
se zrcadlem velikosti deseti metrů, což zhruba odpovídá
08:32
the diameter of a tennis court.
195
497000
2000
průměru tenisového kurtu.
08:34
Now, this is wonderful,
196
499000
2000
To je úžasné,
08:36
because the campaign promise
197
501000
2000
protože od velkých dalekohledů
08:38
of large telescopes is that is that the bigger the telescope,
198
503000
3000
se očekávalo, že čím větší dalekohled,
08:41
the smaller the detail that we can see.
199
506000
4000
tím menší detaily nám umožní spatřit.
08:45
But it turns out these telescopes, or any telescope on the ground
200
510000
3000
Ukázalo se však, že tyto dalekohledy, a vlastně jakýkoliv pozemní dalekohled,
08:48
has had a little bit of a challenge living up to this campaign promise.
201
513000
4000
nedokáží zcela naplnit očekávání, která do nich byla vkládána.
08:52
And that is because of the atmosphere.
202
517000
2000
Může za to atmosféra.
08:54
Atmosphere is great for us; it allows us
203
519000
2000
Pro nás je atmosféra něčím úžasným, protože nám umožňuje
08:56
to survive here on Earth.
204
521000
2000
zde na Zemi přežít.
08:58
But it's relatively challenging for astronomers
205
523000
3000
Na druhou stranu představuje poměrně zásadní překážku pro astronomy,
09:01
who want to look through the atmosphere to astronomical sources.
206
526000
4000
kteří se chtějí dívat skrze atmosféru na astronomické zdroje.
09:05
So, to give you a sense of what this is like,
207
530000
2000
Pro vaši lepší představu
09:07
it's actually like looking at a pebble
208
532000
2000
je to vlastně, jako když se díváte na oblázek
09:09
at the bottom of a stream.
209
534000
2000
na dně potoka.
09:11
Looking at the pebble on the bottom of the stream,
210
536000
2000
Když se na ten oblázek na dně díváte,
09:13
the stream is continuously moving and turbulent,
211
538000
3000
voda v potoce neustále prudce proudí,
09:16
and that makes it very difficult to see the pebble on the bottom of the stream.
212
541000
4000
a proto oblázek vidíte jen s velkými obtížemi.
09:20
Very much in the same way, it's very difficult
213
545000
2000
Stejně tak je velice obtížné
09:22
to see astronomical sources, because of the
214
547000
2000
vidět astronomické zdroje, jelikož
09:24
atmosphere that's continuously moving by.
215
549000
2000
se kolem neustále pohybuje atmosféra.
09:26
So, I've spent a lot of my career working on ways
216
551000
3000
Strávila jsem značnou část svojí kariéry hledáním možností,
09:29
to correct for the atmosphere, to give us a cleaner view.
217
554000
3000
jak vliv atmosféry korigovat, abychom viděli zřetelněji.
09:32
And that buys us about a factor of 20.
218
557000
3000
Dosáhli jsme v tomto ohledu asi dvacetinásobného zlepšení.
09:35
And I think all of you can agree that if you can
219
560000
2000
Myslím, že se všichni shodneme na tom,
09:37
figure out how to improve life by a factor of 20,
220
562000
3000
že pokud bychom zjistili, jak dvacetinásobně zlepšit svůj život,
09:40
you've probably improved your lifestyle by a lot,
221
565000
2000
tak by se náš životní styl pravděpodobně opravdu výrazně vylepšil -
09:42
say your salary, you'd notice, or your kids, you'd notice.
222
567000
5000
všimli byste si toho u svého platu, u svých dětí.
09:47
And this animation here shows you one example of
223
572000
2000
Tato animace je ukázkou jednoho příkladu
09:49
the techniques that we use, called adaptive optics.
224
574000
3000
užítí techniky, kterou nazýváme adaptivní optika.
09:52
You're seeing an animation that goes between
225
577000
2000
Vidíte zde animaci, která nabízí ukázku
09:54
an example of what you would see if you don't use this technique --
226
579000
3000
toho, co byste viděli, pokud byste této techniky nevyužili.
09:57
in other words, just a picture that shows the stars --
227
582000
3000
Je to vlastně jen obrázek hvězd.
10:00
and the box is centered on the center of the galaxy,
228
585000
2000
Ten rámeček tady ohraničuje střed galaxie,
10:02
where we think the black hole is.
229
587000
2000
kde se, jak se domníváme, nachází černá díra.
10:04
So, without this technology you can't see the stars.
230
589000
3000
Bez této technologie nemůžete vidět hvězdy.
10:07
With this technology all of a sudden you can see it.
231
592000
2000
S její pomocí je najednou vidíte.
10:09
This technology works by introducing a mirror
232
594000
2000
Princip této technologie je založen na zapojení zrcadla
10:11
into the telescope optics system
233
596000
2000
do optického systému dalekohledu,
10:13
that's continuously changing to counteract what the atmosphere is doing to you.
234
598000
5000
které se neustále otáčí, aby korigovalo vliv atmosféry na vaše pozorování.
10:18
So, it's kind of like very fancy eyeglasses for your telescope.
235
603000
4000
Je to vlastně jako kdybyste svému dalekohledu pořídili opravdu drahé brýle.
10:22
Now, in the next few slides I'm just going to focus on
236
607000
2000
U několika dalších snímků se zaměřím
10:24
that little square there.
237
609000
2000
na ten malý čtvereček tady.
10:26
So, we're only going to look at the stars inside that small square,
238
611000
2000
Budeme se tedy dívat pouze na hvězdy uvnitř toho malého čtverečku,
10:28
although we've looked at all of them.
239
613000
2000
ačkoliv jsme se dívali na všechny.
10:30
So, I want to see how these things have moved.
240
615000
2000
Chci vidět, k jakému pohybu zde došlo.
10:32
And over the course of this experiment, these stars
241
617000
2000
Během našeho experimentu se tyto hvězdy
10:34
have moved a tremendous amount.
242
619000
2000
velice výrazně pohnuly.
10:36
So, we've been doing this experiment for 15 years,
243
621000
2000
Tento experiment provádíme již patnáct let
10:38
and we see the stars go all the way around.
244
623000
2000
a za tu dobu jsme viděli hvězdy pohybovat se všemi směry.
10:40
Now, most astronomers have a favorite star,
245
625000
3000
Většina astronomů má svoji oblíbenou hvězdu
10:43
and mine today is a star that's labeled up there, SO-2.
246
628000
4000
a mojí oblíbenkyní je dnes hvězda, která je zde označena jako SO-2.
10:47
Absolutely my favorite star in the world.
247
632000
2000
Moje vůbec nejoblíbenější hvězda na světě.
10:49
And that's because it goes around in only 15 years.
248
634000
3000
Je to proto, že její doba oběhu je jen patnáct let.
10:52
And to give you a sense of how short that is,
249
637000
2000
Abyste měli představu, jak krátká doba to je, tak pro srovnání
10:54
the sun takes 200 million years to go around the center of the galaxy.
250
639000
5000
slunci trvá 200 miliónů let, než oběhne kolem středu galaxie.
10:59
Stars that we knew about before, that were as close to the center of the galaxy
251
644000
3000
U hvězd nejblíže středu galaxie, které jsme znali dříve,
11:02
as possible, take 500 years.
252
647000
2000
je doba oběhu 500 let.
11:04
And this one, this one goes around in a human lifetime.
253
649000
4000
Tahle hvězda to zvládne během lidského života.
11:08
That's kind of profound, in a way.
254
653000
2000
V určitém ohledu je to velmi hluboká myšlenka.
11:10
But it's the key to this experiment. The orbit tells me
255
655000
2000
Zároveň je to ale klíč k tomuto experimentu. Oběžná dráha mi ukazuje,
11:12
how much mass is inside a very small radius.
256
657000
4000
jak velké množství hmoty je soustředěno uvnitř velmi malého poloměru.
11:16
So, next we see a picture here that shows you
257
661000
3000
Dále tady vidíme obrázek, který ukazuje
11:19
before this experiment the size to which we could
258
664000
2000
rozměr, do nějž jsme byli před tímto experimentem schopni
11:21
confine the mass of the center of the galaxy.
259
666000
3000
zhustit hmotu galaktického středu.
11:24
What we knew before is that there was four million
260
669000
2000
Již dříve jsme věděli, že uvnitř tohoto kruhu
11:26
times the mass of the sun inside that circle.
261
671000
3000
je soustředěna hmota čtyřmilionkrát větší než hmota slunce.
11:29
And as you can see, there was a lot of other stuff inside that circle.
262
674000
2000
Jak můžete vidět, uvnitř toho kruhu byla i řada dalších věcí.
11:31
You can see a lot of stars.
263
676000
2000
Vidíte tu hodně hvězd.
11:33
So, there was actually lots of alternatives
264
678000
2000
Existovalo tedy mnoho dalších alternativ
11:35
to the idea that there was a supermassive black hole at the center of the galaxy,
265
680000
3000
k tezi, že ve středu naší galaxie se nachází supermasivní černá díra,
11:38
because you could put a lot of stuff in there.
266
683000
2000
protože tam mohlo být i mnoho jiných věcí.
11:40
But with this experiment, we've confined
267
685000
2000
Během tohoto experimentu jsme ale ohraničili
11:42
that same mass to a much smaller volume
268
687000
3000
stejnou hmotu mnohem menším objemem,
11:45
that's 10,000 times smaller.
269
690000
4000
desettisíckrát menším.
11:49
And because of that, we've been able to show
270
694000
2000
Díky tomu jsme mohli dokázat,
11:51
that there is a supermassive black hole there.
271
696000
2000
že tam supermasivní černá díra je.
11:53
To give you a sense of how small that size is,
272
698000
2000
Abyste si udělali představu o tom, o jak malém rozměru zde hovoříme,
11:55
that's the size of our solar system.
273
700000
2000
tak takhle velká je naše sluneční soustava.
11:57
So, we're cramming four million times the mass of the sun
274
702000
4000
Zhustili jsme tedy hmotu čtyř miliónů sluncí
12:01
into that small volume.
275
706000
2000
do takhle malého objemu.
12:03
Now, truth in advertising. Right?
276
708000
3000
A nyní: "Reklama má být pravdivá", že ano?
12:06
I have told you my job is to get it down to the Schwarzchild radius.
277
711000
3000
Řekla jsem vám, že mým cílem je zredukovat velikost až na Schwarzschildův poloměr.
12:09
And the truth is, I'm not quite there.
278
714000
2000
A pravdou je, že jsem se tak daleko dosud nedostala.
12:11
But we actually have no alternative today
279
716000
2000
Dnes však nemáme žádné jiné alternativní
12:13
to explaining this concentration of mass.
280
718000
3000
vysvětlení této koncentrace hmoty.
12:16
And, in fact, it's the best evidence we have to date
281
721000
3000
Je to nejlepší důkaz, který doposud máme
12:19
for not only existence of a supermassive black hole
282
724000
2000
o existenci supermasivní černé díry,
12:21
at the center of our own galaxy, but any in our universe.
283
726000
3000
nejen ve středu naší vlastní galaxie, ale kdekoliv v našem vesmíru.
12:24
So, what next? I actually think
284
729000
3000
Co bude teď následovat? Myslím,
12:27
this is about as good as we're going to do with today's technology,
285
732000
2000
že tohle je maximum, čeho jsme schopni se současnou technologií dosáhnout,
12:29
so let's move on with the problem.
286
734000
2000
a proto přejděme dál.
12:31
So, what I want to tell you, very briefly,
287
736000
2000
Chci vám velice stručně ukázat
12:33
is a few examples
288
738000
2000
několik příkladů
12:35
of the excitement of what we can do today
289
740000
2000
zajímavých věcí, které můžeme dělat již dnes
12:37
at the center of the galaxy, now that we know that there is,
290
742000
2000
ve středu naší galaxie, když teď už víme,
12:39
or at least we believe,
291
744000
2000
nebo alespoň věříme,
12:41
that there is a supermassive black hole there.
292
746000
2000
že se tam nachází supermasivní černá díra.
12:43
And the fun phase of this experiment
293
748000
2000
Zábavná etapa tohoto experimentu spočívá v tom,
12:45
is, while we've tested some of our ideas
294
750000
3000
že když jsme otestovali některé naše předpoklady
12:48
about the consequences of a supermassive black hole
295
753000
2000
dopadů existence supermasivní černé díry
12:50
being at the center of our galaxy,
296
755000
2000
ve středu naší galaxie,
12:52
almost every single one
297
757000
2000
téměř každý z těchto předpokladů
12:54
has been inconsistent with what we actually see.
298
759000
2000
byl v nesouladu s tím, co ve skutečnosti vidíme.
12:56
And that's the fun.
299
761000
2000
A to je to zajímavé.
12:58
So, let me give you the two examples.
300
763000
2000
Uvedu zde dva příklady.
13:00
You can ask, "What do you expect
301
765000
2000
Můžeme si položit otázku: "Co čekat
13:02
for the old stars, stars that have been around the center of the galaxy
302
767000
2000
u starých hvězd, které se pohybují kolem středu galaxie
13:04
for a long time, they've had plenty of time to interact with the black hole."
303
769000
4000
již dlouhou dobu a které měly dost času k vzájemné interakci s černou dírou?"
13:08
What you expect there is that old stars
304
773000
2000
Dalo by se očekávat, že staré hvězdy
13:10
should be very clustered around the black hole.
305
775000
2000
budou natěsno seskupeny kolem černé díry.
13:12
You should see a lot of old stars next to that black hole.
306
777000
4000
Poblíž té černé díry byste měli vidět hodně starých hvězd.
13:16
Likewise, for the young stars, or in contrast, the young stars,
307
781000
4000
Naopak, mladé hvězdy
13:20
they just should not be there.
308
785000
2000
by tam být neměly.
13:22
A black hole does not make a kind neighbor to a stellar nursery.
309
787000
4000
Černá díra není pro hvězdnou školku dobrým sousedem.
13:26
To get a star to form, you need a big ball of gas and dust to collapse.
310
791000
4000
K vzniku hvězdy je třeba, aby se zhustil velký oblak plynu a prachu.
13:30
And it's a very fragile entity.
311
795000
2000
Jedná se o velmi křehký útvar.
13:32
And what does the big black hole do?
312
797000
2000
Co ale způsobí velká černá díra?
13:34
It strips that gas cloud apart.
313
799000
2000
Roztrhá ten oblak plynu.
13:36
It pulls much stronger on one side than the other
314
801000
2000
Má mnohem silnější tah na jedné straně než na druhé
13:38
and the cloud is stripped apart.
315
803000
2000
a ten oblak se proto roztrhá.
13:40
In fact, we anticipated that star formation shouldn't proceed in that environment.
316
805000
3000
Domnívali jsme se proto, že v podobném prostředí by k vzniku hvězd nemělo docházet.
13:43
So, you shouldn't see young stars.
317
808000
2000
Neměli bychom tam tedy vidět mladé hvězdy.
13:45
So, what do we see?
318
810000
2000
Co ale vidíme?
13:47
Using observations that are not the ones I've shown you today,
319
812000
2000
Na základě jiných metod pozorování, než jsem vám dnes ukazovala,
13:49
we can actually figure out which ones are old and which ones are young.
320
814000
3000
můžeme zjistit, které hvězdy jsou staré a které jsou mladé.
13:52
The old ones are red.
321
817000
2000
Staré hvězdy jsou červené.
13:54
The young ones are blue. And the yellow ones, we don't know yet.
322
819000
3000
Mladé jsou modré. U žlutých zatím nevíme.
13:57
So, you can already see the surprise.
323
822000
2000
Už tedy sami vidíte to překvapení.
13:59
There is a dearth of old stars.
324
824000
2000
Je tu nedostatek starých hvězd.
14:01
There is an abundance of young stars, so it's the exact opposite of the prediction.
325
826000
4000
Je tu mnoho mladých hvězd, což je přesný opak toho, co jsme očekávali.
14:05
So, this is the fun part.
326
830000
2000
To je ta legrační stránka celé věci.
14:07
And in fact, today, this is what we're trying to figure out,
327
832000
2000
Je to vlastně to, co se snažíme zjistit,
14:09
this mystery of how do you get --
328
834000
2000
objasnit to tajemství,
14:11
how do you resolve this contradiction.
329
836000
2000
jak vyřešit tenhle rozpor.
14:13
So, in fact, my graduate students
330
838000
2000
Moji doktorarandi
14:15
are, at this very moment, today, at the telescope,
331
840000
4000
jsou právě v tuto chvíli, dnes, u dalekohledu
14:19
in Hawaii, making observations to get us
332
844000
3000
na Havaji, a provádějí pozorování, které nás,
14:22
hopefully to the next stage,
333
847000
2000
doufejme, posune do další fáze,
14:24
where we can address this question
334
849000
2000
kde budeme moci zodpovědět otázku,
14:26
of why are there so many young stars,
335
851000
2000
proč zde vidíme tolik mladých hvězd
14:28
and so few old stars.
336
853000
2000
a tak málo starých.
14:30
To make further progress we really need to look at the orbits
337
855000
2000
Abychom dosáhli dalšího pokroku, musíme se podívat na oběžné dráhy
14:32
of stars that are much further away.
338
857000
2000
hvězd, které se nacházejí mnohem dále.
14:34
To do that we'll probably need much more
339
859000
2000
K tomu budeme pravděpodobně potřebovat mnohem
14:36
sophisticated technology than we have today.
340
861000
2000
vyspělejší technologii než máme dnes.
14:38
Because, in truth, while I said we're correcting
341
863000
2000
Protože, i když jsem říkala, že korigujeme vliv
14:40
for the Earth's atmosphere, we actually only
342
865000
2000
atmosféry Země, jsme schopni zkorigovat
14:42
correct for half the errors that are introduced.
343
867000
2000
pouze polovinu chyb, které vzniknou.
14:44
We do this by shooting a laser up into the atmosphere,
344
869000
3000
Děláme to tak, že do atmosféry vysíláme laserový paprsek,
14:47
and what we think we can do is if we
345
872000
3000
a domníváme se, že pokud bychom jich
14:50
shine a few more that we can correct the rest.
346
875000
2000
vyslali více, opravili bychom i zbytek chyb.
14:52
So this is what we hope to do in the next few years.
347
877000
2000
Doufáme, že k tomu dojde někdy během několika následujících let.
14:54
And on a much longer time scale,
348
879000
2000
A v mnohem delším časovém horizontu
14:56
what we hope to do is build even larger telescopes,
349
881000
3000
doufáme, že budeme schopni zkonstruovat ještě větší dalekohledy,
14:59
because, remember, bigger is better in astronomy.
350
884000
3000
protože, jak víte, v astronomii platí heslo: čím větší, tím lepší.
15:02
So, we want to build a 30 meter telescope.
351
887000
2000
Chceme tedy zkonstruovat třicetimetrový dalekohled.
15:04
And with this telescope we should be able to see
352
889000
2000
A s pomocí tohoto dalekohledu bychom měli být schopni spatřit
15:06
stars that are even closer to the center of the galaxy.
353
891000
3000
hvězdy, které jsou ještě blíže středu naší galaxie.
15:09
And we hope to be able to test some of
354
894000
2000
Doufáme, že budeme moci otestovat některé z
15:11
Einstein's theories of general relativity,
355
896000
3000
Einsteinových obecných teorií relativity a
15:14
some ideas in cosmology about how galaxies form.
356
899000
3000
některé kosmologické teze o vzniku galaxií.
15:17
So, we think the future of this experiment
357
902000
2000
Domníváme se, že budoucnost tohoto experimentu
15:19
is quite exciting.
358
904000
3000
bude nesmírně zajímavá.
15:22
So, in conclusion, I'm going to show you an animation
359
907000
2000
Na závěr vám ukážu animaci,
15:24
that basically shows you how these
360
909000
2000
která vlastně zachycuje, jak se tyto
15:26
orbits have been moving, in three dimensions.
361
911000
3000
oběžné dráhy pohybují, ve třech rozměrech.
15:29
And I hope, if nothing else,
362
914000
2000
Doufám, když nic jiného,
15:31
I've convinced you that, one, we do in fact
363
916000
2000
že jsem vás přesvědčila o tom, že skutečně
15:33
have a supermassive black hole at the center of the galaxy.
364
918000
3000
existuje supermasivní černá díra ve středu naší galaxie.
15:36
And this means that these things do exist in our universe,
365
921000
3000
Znamená to, že tyto objekty v našem vesmíru skutečně existují
15:39
and we have to contend with this, we have to explain
366
924000
2000
a že se s tím musíme vyrovnat, že musíme vysvětlit,
15:41
how you can get these objects in our physical world.
367
926000
3000
jak se v našem fyzickém světě objevily.
15:44
Second, we've been able to look at that interaction
368
929000
3000
Rovněž jsme se dnes podívali na interakci
15:47
of how supermassive black holes interact,
369
932000
3000
supermasivních černých děr s okolním prostředím,
15:50
and understand, maybe, the role in which they play
370
935000
4000
a možná porozuměli roli, jakou sehrávají při
15:54
in shaping what galaxies are, and how they work.
371
939000
3000
určování podoby a fungování galaxií.
15:57
And last but not least,
372
942000
2000
A v neposlední řadě,
15:59
none of this would have happened
373
944000
2000
žádná z těchto věcí by nebyla možná
16:01
without the advent of the tremendous progress
374
946000
3000
bez úžasného pokroku,
16:04
that's been made on the technology front.
375
949000
2000
který se odehrál na poli technologie.
16:06
And we think that this is a field that is moving incredibly fast,
376
951000
4000
Domníváme se, že tento obor se velice rychle vyvíjí
16:10
and holds a lot in store for the future.
377
955000
3000
a má do budoucna velký potenciál.
16:13
Thanks very much.
378
958000
2000
Mnohokrát vám děkuji.
16:15
(Applause)
379
960000
5000
(Potlesk)
ABOUT THE SPEAKER
Andrea Ghez - AstronomerAndrea Ghez is a stargazing detective, tracking the visible and invisible forces lurking in the vastness of interstellar space.
Why you should listen
Seeing the unseen (from 26,000 light-years away) is a specialty of UCLA astronomer Andrea Ghez. From the highest and coldest mountaintop of Hawaii, home of the Keck Observatory telescopes, using bleeding-edge deep-space-scrying technology, Ghez handily confirmed 30 years of suspicions of what lies at the heart of the Milky Way galaxy -- a supermassive black hole, which sends its satellite stars spinning in orbits approaching the speed of light.
Ghez received a MacArthur "genius grant" in 2008 for her work in surmounting the limitations of earthbound telescopes. Early in her career, she developed a technique known as speckle imaging, which combined many short exposures from a telescope into one much-crisper image. Lately she's been using adaptive optics to further sharpen our view from here -- and compile evidence of young stars at the center of the universe.
Andrea Ghez | Speaker | TED.com