4.10 Inženýrství důkazů: jak ověřovat, jaké „otisky“ hledat a co předpovídáme

Domů ／ Kapitola 4: Černé díry (V5.05)

Tato část převádí obraz „materiálových vrstev“ u černých děr z §4.1–4.9 do prakticky získatelných důkazů. První polovina navrhuje ověřovací experimenty; druhá formuluje jasné, falzifikovatelné předpovědi. Po přečtení budete vědět, kterým pásmům dát prioritu, jaké metody použít a které veličiny sledovat, aby bylo možné „dynamický kritický pás, přechodový pás a tři únikové cesty“ postupně potvrdit — nebo na tomto základě rámec odmítnout.

I. Mapa ověřování: tři hlavní linie a dvě podpůrné

• Linie obrazové roviny: Zobrazování pomocí interferometrie s velmi dlouhou základnou (VLBI) v milimetrovém a submilimetrovém pásmu. Sledujte geometrickou stabilitu hlavního prstence, podprstenců a dlouhodobě jasných sektorů i jejich jemné „dýchání“.
• Polarizační linie: Časové řady podílu polarizace a polarizačního úhlu ve stejných pixelech; hledejte plynulé stáčení podél prstence a úzké pásy překlápění spolulokalizované s geometrií jasnosti.
• Časová linie: Světelné křivky napříč pásmy po odstranění disperze (dedisperze) k identifikaci „společného schodu“ a „obalu ozvěn“ a k ověření, zda jsou ve stejném okně jako signály v obraze a polarizaci.
• Podpora A (spektra a dynamika): Střídání tvrdých a měkkých složek, síla odrazu a absorpce, posuv jasných uzlů směrem ven a posun frekvence jádra.
• Podpora B (víceposlový přístup): Prostorově-časové korelace s vysokoenergetickými neutrinami a kandidáty kosmického záření; soulad energetické bilance s gravitačními vlnami ze splynutí.

Rozhodnutí stojí na kombinaci parametrů: žádná linie sama o sobě nestačí. Nejméně tři linie se musí projevit současně ve stejném okně události.

II. Test 1: existuje skutečně dynamický kritický pás?

Co sledovat:

• Průměr prstence je téměř stálý, zatímco jeho tloušťka se mění s azimutem.
• Rodina podprstenců: Jemnější a slabší sekundární prstence uvnitř hlavního prstence, reprodukovatelné v různých nocích.
• „Dýchání“: Malé, ale systematické a synchronní změny šířky prstence a jasnosti během silných epizod.

Proč to může falzifikovat:

• Pokud prstenec dlouhodobě zůstává dokonalou geometrickou čárou — bez nárůstu sekundární struktury a bez jemných pohybů dovnitř/ven vázaných na události — je představa „tlustého, dýchajícího“ kritického pásu iluzí. Naopak kombinace stabilního hlavního prstence, reprodukovatelných podprstenců a malých amplitud dýchání přímo svědčí o tom, že „kortikální“ vrstva není hladký povrch.

Minimální konfigurace:

• Vysokofrekvenční interferometrie s velmi dlouhou základnou, například 230 a 345 gigahertzů (GHz) ve stejném okně, pro dynamické zobrazování.
• Modelování a odečtení hlavního prstence; v reziduích testujte stabilní výskyt podprstenců.
• Před/po silných událostech statisticky vyhodnoťte kovariaci tloušťky prstence a jasnosti.

III. Test 2: je přechodový pás „pístovou vrstvou“?

Co sledovat:

• Společný schod po silné události: dedispergované světelné křivky napříč pásmy stoupají téměř současně.
• Následující obal ozvěn: sekundární vrcholy časem slábnou a jejich rozestupy se zvětšují.
• Společná okna v obraze a polarizaci: jasný sektor se zesiluje a úzké překlápěcí pásy jsou aktivnější.

Proč to může falzifikovat:

• Oddělují-li se schody striktně podle disperzních zákonů, nebo amplitudy a rozestupy ozvěn nevyvíjejí konzistentní trend — a současně chybí společná okna v obraze/polarizaci — je pravděpodobnější vliv vzdáleného média či přístrojů. Rámec vyžaduje geometricky synchronizované překročení prahu („jako stisk tlačítka“) a fázové, pístu podobné uvolňování; obojí musí být přítomno.

Minimální konfigurace:

• Hustě vzorkovaná fotometrie od rádia po rentgenové záření (X-ray) na téže, dedispergované časové ose.
• Okenní porovnání obrazu a polarizace k ověření trojvazby: schod—jasný sektor—překlápěcí pás.

IV. Test 3: tři únikové cesty s vlastní „otiskovou“ signaturou

1. Okamžité mikropóry (pomalý únik)
   • Obraz: Mírné lokální či celkové zesvětlení hlavního prstence; vnitřní jemné prstence jsou dočasně zřetelnější.
   • Polarizace: Lehký pokles podílu polarizace v zesvětlené oblasti; polarizační úhel se nadále plynule stáčí.
   • Čas: Malý společný schod a slabá, pomalá ozvěna.
   • Spektra: Růst měkkých, opticky tlustých složek; bez „tvrdých špiček“.
   • Víceposlový přístup: Neutrina se neočekávají.
   • Verdikt: Čtyři linie ve stejném okně ⇒ dominují mikropóry.
2. Axiální perforace (jet)
   • Obraz: Kolimovaný jet s jasnými uzly směřujícími ven; proti-jet je slabší.
   • Polarizace: Vysoký podíl polarizace; segmentově stabilní polarizační úhel; příčný Faradayův gradient (Faraday) napříč profilem jetu.
   • Čas: Rychlé, „tvrdé“ vzplanutí; malé schody se šíří po jetu směrem ven.
   • Spektra: Neterminální mocninný zákon se silnějším vysokoenergetickým koncem.
   • Víceposlový přístup: Možná souběžnost s událostmi neutrin.
   • Verdikt: Většina z pěti linií ⇒ dominuje perforace.
3. Od-kritičnění v okrajovém pásu (široký odtok a přepracování)
   • Obraz: Pásové zesvětlení podél okraje prstence; širokoúhlý odtok a difuzní světlo.
   • Polarizace: Mírná polarizace; segmentové změny uvnitř pásu; překlápěcí pásy v sousedství.
   • Čas: Pomalý nástup a pomalý pokles; výrazná barevně závislá prodleva.
   • Spektra: Silnější odraz a absorpce posunutá do modra; nárůst opticky tlustých spekter v infračerveném záření (IR) a submilimetru.
   • Víceposlový přístup: Převážně elektromagnetické důkazy.
   • Verdikt: Čtyři linie ve stejném okně ⇒ dominuje okrajový pás.

V. Křížová kontrola napříč měřítky: je „malé = čiperné, velké = klidné“ univerzální?

Co sledovat:

• Malá zdroje často vykazují variabilitu v měřítku minut až hodin a snáze vytvářejí perforaci jetu.
• Velká zdroje dominují změnami v měřítku dnů až měsíců a okrajové pásy přetrvávají déle.

Jak postupovat:

• Použijte stejnou metodiku na mikro-kvasary a supermasivní černé díry. Posouvají-li se časové škály a „podíly“ dominantních cest systematicky s hmotností/rozměrem, působí parametry materiálové vrstvy.

VI. Seznam falzifikací: kterýkoli bod stačí k vyvrácení klíčových částí rámce

• V dlouhých, vysoce kvalitních zobrazovacích kampaních zůstává hlavní prstenec dokonalou geometrickou čarou — bez podprstenců a bez „dýchání“.
• Po dedisperzi schody napříč pásmy nespadají do stejného okna a nepojí se se změnami v obraze/polarizaci.
• Během silných, tvrdých vzplanutí jetu se neobjevuje dlouhodobá, fázově sladěná aktivita v prstenci u jádra ani v jasném sektoru a nikdy se neprojeví axiální polarizační signatury.
• Jasné pásové zesvětlení okraje se nikdy neobjeví společně s nárůstem odrazu či znaky diskového větru.
• Malé a velké zdroje se systematicky neliší časovou škálou ani mixem dominantních cest.

VII. Seznam předpovědí: deset jevů, které by měla odhalit jedna–dvě další generace pozorování

• Rodina podprstenců
  Při vyšších frekvencích a delších základnách se uvnitř hlavního prstence vyřeší dva až tři stabilní, užší a slabší podprstence. Čím vyšší řád, tím užší a tmavší; po silných událostech se snadněji „rozsvítí“.
• „Fázový otisk“ jasného sektoru
  Dlouhodobě jasné sektory vykazují statistickou úhlovou preferenci vůči překlápěcím polarizačním pásům. Po silných událostech se fázový rozdíl rychle přeskupí a poté se vrací k preferované hodnotě.
• Skutečně „bezdisperzní“ schody
  I po dedisperzi od milimetru přes infračervené záření po rentgenové záření schody stoupají téměř ve stejném okně a kryjí se se synchronními změnami šířky prstence a polarizačních pásů.
• Rezonance „dýchání—schod“
  Drobné rozšíření tloušťky prstence lineárně kovariuje s výškou společného schodu; čím silnější událost, tím těsnější korelace.
• Spouštěcí sekvence perforace
  Tvrdé záblesky jetu předcházejí či doprovázejí krátkodobé zesvětlení sektoru prstence u jádra, po němž následují ven se pohybující jasné uzly a měřitelný posun jádra (core shift).
• „Začouzené“ spektrum okrajového pásu
  Když dominuje okrajový pás, opticky tlustá spektra v infračerveném záření a submilimetru rostou dříve než tvrdé rentgenové záření; odraz i modře posunutá absorpce se během dnů až týdnů zesilují.
• Přeměna „mikropóry → perforace“
  V blízkosti rotační osy se několik spolulokalizovaných epizod mikropórů během dnů až týdnů vyvine ve stabilní jet, doprovázený celkovým nárůstem podílu polarizace.
• Měřítko určuje časovou škálu
  Vzorce „schod—ozvěna“ v minutové škále jsou častější u mikro-kvasarů; denní až týdenní vzorce dominují u supermasivních černých děr a růst rozestupů vrcholů ozvěn je u nich pomalejší.
• Souběžné okno s neutriny
  Události neutrin středních energií jsou pravděpodobnější během intenzivní axiální perforace jetu a jsou ve fázi s tvrdými špičkami gama.
• Spolulokalizace „překlápěcí pás ↔ diskový vítr“
  Jak překlápěcí polarizační pásy migrují podél vnější hrany prstence, hloubka absorpce diskového větru v rentgenovém záření se mění synchronně a otáčení polarizačního úhlu má opakovatelný fázový vztah.