Univerza v Novi Gorici bo ob 100. obletnici napovedi obstoja črnih lukenj gostila prvo srečanje Mednarodne astronomske zveze (IAU) v Sloveniji. Srečanje pod naslovom Nova obzorja v astrofiziki črnih lukenj bo od 12. do 16. septembra potekalo v Ljubljani, na njem pa se bo zbralo več kot sto svetovno priznanih strokovnjakov na področju astrofizike. Ob robu bo tudi nekaj dogodkov za širšo javnost.

Obstoj črnih lukenj je kot rešitev slavnih Einsteinovih enačb splošne relativnosti predvidel nemški fizik Karl Schwarzschild. Sprva so veljale zgolj za matematično posebnost, 100 let kasneje pa je zahvaljujoč izjemnemu napredku na področju opazovalne astronomije potrjeno, da obstajajo marsikje v vesolju. Tako danes vemo, da črne luknje zvezdnih mas nastanejo pri kolapsu zvezd in da supermasivne črne luknje prebivajo v središčih večine galaksij v vesolju, so v sporočilu za javnost napisali na novogoriški univerzi.
Zadnje veliko odkritje na tem področju se je zgodilo pred letom dni, ko je observatorij LIGO v ZDA prvič neposredno zaznal signal gravitacijskih valov, ki so bili prav tako napovedani že pred 100 leti. In spet s pomočjo črnih lukenj.
Več o teh skrivnostnih nebesnih telesih in o prvem dogodku Mednadodne astronomske zveze (IAU) na ozemlju Slovenije je za MMC razkrila astrofizičarka Andreja Gomboc. Vabljeni k branju pogovora.

Kaj takšno srečanje Mednarodne astronomske zveze pomeni za Slovenijo in za znanost pri nas?
Mislim, da je to za nas čast in priznanje. Da smo postavljeni na zemljevid držav, v katerih se astronomija resno dela. Upam, da bo tudi povezovalni element v slovenski astronomiji. In da bo pritegnilo mlade k študiju. Mogoče bodo tudi študenti bolj prepričani v to, da se znanost in astronomija na svetovnem nivoju delata tudi pri nas, ne le v tujini.

Kaj se bo dogajalo na tem mednarodnem srečanju?
Udeleženci na takih srečanjih predstavijo svoje nedavne rezultate s predavanji in o njih razpravljajo. Pomembno je, da pridejo skupaj, diskutirajo, izmenjajo izkušnje in navežejo stike. Kasneje se lahko iz tega porodijo sodelovanja.

Je Mednarodna astronomska zveza kdaj prej v Sloveniji - ali na ozemlju Slovenije - že imela kakšen tak dogodek?
V skoraj stoletju obstoja IAU-ja je bilo skupno 323 simpozijev, tale bo 324. in bo prvi pri nas. Širše, na ozemlju bivše Jugoslavije, so bili trije. Dva simpozija v Beogradu, en na Hvaru.

Kako poteka izbor lokacije?
IAU vsako leto znanstvenike po svetu prosi, naj pošljejo pisma namere, naj predlagajo simpozije. Ko ga predlagaš, moraš opredeliti temo, podrobneje opredeliti razpravo, program, in okoli sebe zbrati primeren mednarodni znanstveni odbor. Predlogi se nakapljajo s celega sveta, IAU pa potem izbere nekaj simpozijev letno.

Kdo vse pride v Ljubljano - lahko izpostavite kakšnega zanimivega gosta in temo?
Zagotovo je zanimiva Sheila Rowan, ki bo imela tudi poljudno predavanje za javnost. Je škotska profesorica, ki sodeluje pri projektu LIGO. Pride tudi Mark Hannam, britanski astrofizik, ki se ukvarja s teoretičnim modeliranjem gravitacijskih valov. Ona se torej ukvarja z eksperimentalno platjo, on pa s teorijo, kako se črne luknje zlijejo in kako nastane gravitacijski signal. Slednje je ključno za intepretacijo meritev observatorija LIGO.
Zelo zanimiva je tudi gospa Virginia Trimble, eminenca na področju astrofizike. Znana je po svojih letnih pregledih astrofizike. Vsako leto je izdala članek o tem, kaj se je novega, ključnega zgodilo v preteklem letu na različnih področjih astrofizike, kar je velik zalogaj, če želiš to izvesti na strokoven in korekten način. Enrico Ramirez Ruiz (ZDA) se ukvarja s simulacijami padca zvezde v črno luknjo, to obravnavama moja študentka in jaz. Področje se zelo hitro razvija. Pred leti sem imela to temo za doktorat. Takrat je to bilo zgolj teoretično področje. V zadnjih petih, desetih letih pa s pomočjo boljših opazovalnih instrumentov padce zvezd in njihove ostanke lahko dejansko opazujemo.

Med udeleženci je še Željko Ivezić, ki je študiral na Hrvaškem in doktoriral v ZDA, zdaj pa je znanstveni vodja enega največjih trenutnih projektov v astronomiji, Large Synoptic Survey Telescope (LSST). Projekt je večinoma ameriški, vanj pa so vključene tudi druge države. Gre za 8-metrski teleskop, ki je še v gradnji, in bo imel široko zorno polje. Ponavadi je ali velik premer zrcala ali veliko zorno polje, izbirati je treba med enim ali drugim. Ker ima širok zorni kot, bo celotno vidno nebo poslikal v treh dneh. Potem bo začel znova in znova. To bo super za opazovanje novih pojavov na nebu, tudi za to, s čimer se ukvarjam jaz - z izbruhi sevanja gama - in drugimi nenapovedljivimi, kratkotrajnimi pojavi, denimo z raztrganjem zvezd v bližini črnih lukenj. To je nekaj, kar ne morete napovedati, in če opazujete večji del neba, imate boljše možnosti, da pojav ujamete. Opazovanja naj bi se začela čez nekaj let. Eni pravijo, da bo to kot vesoljska spletna kamera. Vsake tri dni bo nova slika in lahko jih bomo primerjali med seboj.
Zveni zelo uporabno za iskanje premikajočih se pikic, torej objektov Kuiperjevega pasu - ali celo hipotetičnega Planeta devet.
Seveda, to bo zelo zanimivo tako za objekte Sončevega sistema kot za Galaksijo in še širše, denimo aktivna galaktična jedra drugih galaksij, črne luknje v njih, pa plimska raztrganja zvezd. Lahko rečemo, da bo uporaben skoraj za vsa področja astronomije. Polnil bo ogromno bazo podatkov, tako veliko, da bo največji problem projekta, kako jih sploh obdelati. To ni kot neka sonda, ki beleži podatke en teden, tri leta pa jih obdelujejo. Priliv podatkov LSST-ja bo ogromen in neprestan.

Torej pričakujete zanimiv dogodek.
Simpoziji so navadno ozko usmerjeni na neko področje, denimo izbruhi sevanja gama ali na take in drugačne zvezde. Tega pa sem si zamislila drugače. Niso samo ena vrsta črnih lukenj, temveč imamo vse: od zvezdnih črnih lukenj in kako nastanejo, plimsko raztrganje zvezd, aktivna galaktična jedra s supermasivnimi črnimi luknjami. V četrtek bomo govorili o tem, kako lahko sisteme s črnimi luknjami uporabimo za testiranje temeljnih zakonov fizike, npr. z gravitacijskimi valovi. Petek bo bolj eksperimentalno obarvan in bo kot nekakšen pogled v prihodnost: kateri večji opazovalni projekti še prihajajo in kaj novega o črnih luknjah si še obetamo, da nam bodo povedali. LSST sem že omenila, pa še Polje teleskopov Čerenkova, ki je v gradnji na La Palmi in v Čilu in pri katerem sodelujemo tudi na novogoriški univerzi. Zato se mi zdi srečanje pomembno.
Strokovnjaki z različnih področij se običajno ne pogovarjajo veliko med sabo. Tisti, ki se ukvarjajo z aktivnimi galaktičnimi jedri, ne govorijo toliko s tistimi, ki se ukvarjajo z gravitacijskimi valovi ipd. Pa so si ene stvari zelo podobne in ko nekdo posluša predavanje, se mu lahko utrne, hej, jaz bi lahko tudi to uporabil!

Se morda znanost že tako drobi, da vodi celo v disfunkcionalnost?
Cela znanost postaja nekako razdrobljena. Znanja je že zelo veliko in včasih moraš bit popoln specialist za neko ozko področje, da lahko sploh naslednji pomemben korak narediš. Kar potegne s seboj, da ne moreš pokrivati drugega področja, sploh ne v detajle.

Kaj se kaže na novih obzorjih astrofizike črnih lukenj?
Izbor zanimivih ali pomembnih tem je do neke mere subjektiven. Meni se zdi zelo zanimivo raztrganje zvezd. Ko zvezda zaide v bližino črne luknje, lahko slednja zvezdo s plimsko silo raztrga, kar lahko opazimo kot blisk svetlobe. Na ta način lahko zaznamo supermasivne črne luknje v središčih galaksij, ki so neaktivne. To pomeni, da te črne luknje običajno nimajo snovi, ki bi jo vlekle vase. Pravimo tudi , da te črne luknje ničesar ne požirajo oz. stradajo in zato niso vidne. Tiste, ki žrejo snov, močno svetijo, natančneje, sveti snov, ki pada vanje. Če pa samo ždijo brez hrane, le malo vemo o njih. Težko izmerimo, kakšno maso imajo in druge lastnosti. Če pa pride to takšnega dogodka, kot je raztrganje zvezde, črna luknja izda svojo prisotnost in kakšno svojo lastnost. Iz opazovanj večih takšnih dogodkov pa lahko še marsikaj sklepamo o populaciji spečih supermasivnih črnih lukenj, ki jih je večina. Le nekaj odstotkov se jih "baše".

Zagotovo so zelo zanimiva tema gravitacijski valovi. Že samo prvi dogodek detekcije pred enim letom je pokazal na obstoj tipa črnih lukenj, ki ga prej nismo poznali. Do takrat smo med majhnimi črnimi luknjami poznali takšne, ki imajo do deset Sončevih mas. LIGO pa je našel par črnih lukenj z maso po približno trideset mas Sonca vsaka. To je izziv za modele razvoja zvezd. Kako nastane tak dvojni sistem? Najbrž sta bili nekoč blizu skupaj dve masivni zvezdi. Vsaka je dogorela, eksplodirala kot supernova, nastali sta dve črni luknji. Tak sistem je torej moral preživeti dve eksploziji, da sta črni luknji ostali v paru. Kakšna vrsta zvezd mora biti na začetku, da lahko kaj takega preživi? To vprašanje je zelo zanimivo. Signal gravitacijskih valov se je zelo lepo ujemal s teoretično napovedjo, da sta to res dve črni luknji in ni mogli biti nekaj drugega. Če bi bili nevtronski zvezdi, bi se že prej nekako podrsali ob površino, saj bi bili večji, in signal bi bil drugačen. Tudi kasnejši drugi zaznani signal je bil zlitje dveh črnih lukenj, kar je spet presenetljivo, saj so bila pred prvo detekcijo splošna pričakovanja, da bodo zlitja nevtronskih zvezd precej bolj pogosta. Statistika pa za zdaj pravi drugače.

Zanimivo je tudi to, da ob zlitju črnih lukenj ni nastalo nič svetlobe, nič elektromagnetnega valovanja ni bilo izsevanega. Vsakega od teh dogodkov do zdaj smo opazovali z vsemi razpoložljivimi teleskopi. Od satelitov, ki prejemajo gama in rentgensko svetobo, do teleskopov na Zemlji. Nastala je taka mednarodna mreža, ki se trudi pokriti tisti del neba, od koder naj bi prišli gravitacijski valovi. Njihov izvor ni natančno določen. Vemo samo, da prihajajo z nekega pasu neba, ne pa točno, iz katere galaksije. Če bi lahko zaznali svetlobo, ki bi nastala ob istem dogodku kot gravitacijski valovi, bi lahko lokacijo na nebu veliko bolje določili in bi izvedeli še marsikaj več.

Je to sploh možno? Zlitje dveh črnih lukenj naj bi bilo skoraj hipno, pri čemer bi nastal blisk, ki hitro mine.
Pri gravitacijskih valovih da. Mogoče pa je tako kot pri izbruhu sevanja gama, ko večina svetlobe nastane kasneje, ko se tista energija oz. delci zaletijo v okoliški medij. Takšen model je pri kratkih izbruhih sevanja gama, ki naj bi nastali ob zlitju dveh nevtronskih zvezd. V tem primeru dobimo gama in rentgensko svetlobo, včasih zaznamo tudi vidno. Če bi obenem s kratkim izbruhom sevanja gama zaznali tudi gravitacijske valove, bi bilo pa to potrdilo, dokaz, da kratki izbruhi sevanja gama nastanejo v zlitju dveh nevtronskih zvezd. Zaenkrat je to model, še ne povsem dokazan in nihče zares točno ne ve. Nimamo t. i. kadeče se pištole. Gravitacijski valovi pa bi bili točno to.

Tudi vi sodelujete pri projektu LIGO. Na kakšen način?
Sem del mednarodne kolaboracije za dodatna opazovanja. Ko LIGO nekaj zazna, mi s teleskopi poskušamo ugotoviti, ali se je v tistem delu neba pojavil kak nov vir svetlobe.

Do zdaj ga še niste našli?
Zaenkrat so položaji izvorov detektiranih gravitacijskih valov slabo določeni - področja na nebu, pasovi, iz katerih je možno, da prihajajo, so zelo veliki. V teh področjih smo našli nekaj kandidatov, ki pa niso nujno povezani z gravitacijskimi valovi. Eden od ključnih načinov, kako jih prepoznati - da ni le neka nenavadna zvezda - je s snemanjem spektra. Iz spektra vidimo, ali gre za zvezdo ali kaj bolj eksotičnega in ali se splača raziskovati naprej. Za to v naši skupini uporabljamo teleskop Liverpool, ki sicer ni zelo velik in ima ozko zorno polje, preozko, da bi lahko pokril cel pas. Je pa opremljen z dobrim spektrografom, ki lahko hitro posname spekter kandidatov in loči zanimive od nezanimivih.

Še vedno je težava, ker sta detektorja LIGO dva, brez tretjega pa se ne more izvesti triangulacije ter točno določiti smeri izvora na nebu.
Drži, in ko bodo postavili več detektorjev gravitacijskih valov, ki bodo skoraj istočasno zaznali signal, potem bodo lahko bolj točno določili smer, iz katere je signal prišel.. Zdaj pa je res težko, pri prvem dogodku je verjetnostno območje obsegalo okrog 600 kvadratnih stopinj na nebu.

Pri takratni tiskovni konferenci LIGA je bila fascinantna izjava, da so šele takrat zares potrdili obstoj črnih lukenj. Desetletja slišimo znanstvenike govoriti o teh objektih, to in ono, pa šele leta 2016 lahko znanost reče, da zares obstajajo?
Do zdaj smo poskušali tipati, kaj se dogaja v bližini horizonta črnih lukenj, in to z opazovanjem svetlobe. Črne luknje so zelo majhne. Nimamo teleskopov, ki bi imeli takšno kotno ločljivost. Supermasivna črna luknja v središču naše galaksije, zgolj 26.000 svetlobnih let daleč, ima štiri milijone mas Sonca, pa je vseeno ne moremo videti, ker je tako majhna. Vsekakor premajhna za teleskope. Veliko dokazov, da črne luknje v središčih galaksij obstajajo, je posrednih. Ker ni boljše razlage, kaj bi še drugega lahko bilo tam. Vemo, da mora biti tam velika masa zaradi načina, kako se zvezde in plini gibljejo okoli nje. Tam, kjer se črna luknja "baše", snov okoli nje sveti tako močno, da lahko energijo črpa zgolj iz črne luknje. Tisti zadnji dokaz, sveti gral, bi bilo videti učinke, ki nastajajo prav v bližini dogodkovnega horizonta, na dveh ali treh Schwarzschildovih polmerih. S svetlobo tega ne moremo, ker takšnih instrumentov nimamo.

Gravitacijski valovi imajo to prednost, da potujejo skozi snov. Če je vmes ogromen oblak plina, nič hudega. Zadnji trenutki pred zlitjem dveh črnih lukenj nam pokažejo, kakšna je oblika prostora-časa tam. Pri tem vidimo čisto do roba črne luknje! Nevtronske zvezde imajo mase malo več od Sonca, skrčeno v približno deset kilometrov veliko kroglo. To je ogromna gostota, takšna, kot jo imajo sama atomska jedra, okrog 10¹⁷ kilogramov na kubični meter. Takšne snovi na Zemlji ne moremo ustvariti in ne vemo, kakšne lastnosti ima. Kako se obnaša, kako so povezani tlak, gostota in temperatura, kakšna je zgradba. Od zgradbe snovi je odvisno tudi, kakšen premer ima nevtronska zvezda. Če bi zaznali gravitacijski val iz zlitja dveh nevtronskih zvezd, bi vedeli, kdaj sta se podrsali oziroma dotaknili in izvedeli, kakšen je njun premer. Maso lahko izračunamo iz njune periode in tako bi na koncu nekaj več izvedeli, kakšna je ta snov pri tako skrajnih gostotah. Zato so gravitacijski valovi tako ... kul [smeh]. Zato se znanstveniki zanje tako zanimamo.

Na kateri točki astrofiziki rečete, zdaj smo nekaj res dokazali, to obstaja in drži? Ker še pri tako zanesljivih raziskavah je zelo pogosta trditev zgolj, da opazovanja niso v nasprotju z neko teorijo ... ne pa, da jo potrjujejo.
Astrofiziki težko rečemo, da je nekaj točno tako in tako. Opazovanih objektov nimamo tukaj, pred seboj, nimamo laboratorijev in nadzorovanih poskusov v njih, pod pogoji, ki bi jih lahko kontrolirano spreminjali. Običajno ni neke točke, to je postopen proces, v katerem se dokazi nabirajo, ljudje pa začnejo zaupati neki razlagi. Če se dolgo časa ne pojavi noben protidokaz, razlaga pridobiva na teži. Če pa se pojavi neko opazovanje, ki ni v skladu z razlago, potem jo je pač treba spremeniti. Velikokrat se za nek tip objektov, ki naj bi bil takšen in takšen, čez nekaj časa izkaže, da sta pravzaprav dva tipa. Vesolje je veliko in v njem je še veliko neznank.

Ravno pred dnevi je luč ugledala študija, ki je s pomočjo analize DNK-ja pokazala, da je ena vrsta žirafe pravzaprav ... štiri vrste.
To je pač ta razvoj.

Za konec še eno bolj osebno vprašanje. Praktično vsi astronavti pravijo, da jim je izkušnja lebdenja v orbiti spremenila pogled na življenje in svet. Zdaj Zemljo ne le razumejo, temveč tudi občutijo drugače. Vi se veliko ukvarjate s črnimi luknjami in ste redno soočeni z zelo verjetnim negativnim scenarijem, da bomo nekoč najbrž vsi - snov, ki nas sestavlja - končali zdruznjeni v njej. Da bo najbrž vse, kar obstaja, kar nam je pomembno in kar se je zgodilo, nepovratno izginilo. Do te mere, da sploh ne bo sledi, da smo kdaj koli obstajali. Da je Zemlja kdaj bila. Kako to vpliva na vaš pogled na svet in življenje, če sploh?
Ne vem ... mislim, da se s kolegi, ki delujejo na tem področju, ne obremenjujemo s tem. Nekako se mi zdi, da če človek malo razmišlja o vesolju in astronomiji, vidi, da je Zemlja zelo majhen in droben delček že v našem Osončju, kaj šele v Galaksiji, v celotnem vesolju pa je sploh nepomembna. Ali se bo kakšna informacija o nas ohranila ali bodo v popolnosti izginile, se mi ne zdi toliko relevantno. Kar narediš tukaj in zdaj, z družino, prijatelji, sodelavci ... ne obremenjujem se s tem, kaj bo ostalo za mano. Važno je, kaj daš ljudem, ki so okoli tebe.

Morda pa bo vendarle nekaj ostalo. Stephen Hawking pravi, da naj bi informacije o snovi, ki pade v črno luknjo, ostale kot hologrami. Kaj menite o tem?
To je zelo teoretična razprava. Je sicer zanimiva, a bomo videli, če drži.

Če bomo videli ...
... če bodo kdaj dognali, kaj se zgodi s temi informacijami na poti v črno luknjo. Se izgubijo ali ne? Za preučevanje bi to bilo dobro. Če bi dobili informacije, kako so nastale supermasivne črne luknje v središčih galaksij, v katerem obdobju svojega življenja so veliko snovi požrle in kakšna je bila ta snov.

Pred leti ste objavili odmevna znanstvena članka v revijah Science in Nature na temo optičnih zasijev pri izbruhih sevanja gama žarkov. Še kaj odmevnega v vmesnem času ali le trdo delo do naslednjega odkritja?
Zdaj smo bolj v dobi trdega dela, ampak nikoli se ne ve ... v znanosti je včasih potrebno tudi malo sreče in vsak izbruh sevanja gama je drugačen ... ali kot bi rekla mama Forresta Gumpa: so kot bonboniera, nikoli ne veš, kaj boš dobil.