Hon za gravitačními vlnami. Člověk je odhalit neumí, hvězdy ano

Obecnou teorii relativity není snadné dokázat. Ale mohou pomoci gravitační vlny. Jak na to?

Hon za gravitačními vlnami. Člověk je odhalit neumí, hvězdy ano

Obecnou teorii relativity známe už více jak sto let, ale i po těch letech se najdou lidé, kteří v ní jednoduše nevěří, protože potvrdit ji nepatří mezi nejjednodušší úkoly. Navzdory tomu se nám nejeden důkaz správnosti podařil najít. Jeden z úkazů skrytých v obecné teorii relativity jsou gravitační vlny, které stále čekají na detekci. Vypadá to, že právě jim jsme na stopě.

Einstein měl pravdu. Potvrzují to i nejmodernější technologie

Co jsou to gravitační vlny?

Gravitační vlny jsou ukryty v řešení Einsteinových rovnic obecné relativity a teoreticky stojí na velmi solidním základu. Problém je jejich praktická detekce. Gravitační vlny se totiž nevytvoří jen tak jednoduše. Obecná teorie relativity nám říká, že hmotná tělesa zakřivují prostor. To si můžeme představit třeba na gumové membráně, na kterou pustíme olověnou kuličku. Čím je těleso hmotnější, tím je zakřivení větší.  

Umělcova představa generace gravitačních vln při interakci dvou velmi hmotných objektů, v tomto případě neutronových hvězd. Zdroj NASA/GSFC/D. Berry.

Ke vzniku gravitačních vln potřebujeme více než jen samotnou existenci jednoho tělesa. V ideálním případě potřebujeme interakci dvou hmotných těles, třeba takovou, jakou je srážka dvou galaxií. Ta totiž předchází srážce jejich center - dvou supermasivních černých děr. Jak název napovídá, supermasivní černé díry patří mezi nejhmotnější známé objekty a jejich srážka se zakřivením časoprostoru pěkně zamává.

Nejnebezpečnější experiment v dějinách ISS: Hrátky s vodou bez gravitace

Můžete si to představit, jako když se ponoříte pod vodu, vezmete dva kameny a praštíte jimi o sebe. Od kamenů ze rychle rozšíří vzruch do celého okolního prostoru. Něco podobného se ve větším měřítku uděje po srážce dvou supermasivních černých děr.  

Kde je najít?

Problém spočívá v tom, že zatímco v blízkosti takové srážky gravitační vlny můžeme detekovat hypoteticky jako výrazných vzruch, ve velké vzdálenosti už tomu tak není. Naneštěstí lokální vesmír není příliš bohatý na srážející se galaxie, a tak musíme nahlížet do galaxií vzdálených miliony světelných let. To znamená, že cokoliv, co detekujeme, bude velmi slabé a bude vyžadovat velmi přesné měření.

Kanibalismus ve vesmíru aneb Když se galaxie polykají navzájem

Závody v detekci…

V podstatě máme dvě možnosti. Spolehnout se na technologii, nebo najít něco dostatečně přesně se chovajícího v přírodě. Závod o detekci gravitačních vln může začít. 

 

Technologické řešení

V současné době je nejpokročilejší pozemskou technologií pro detekci gravitačních vln experiment označený zkratkou LIGO (Laser Interferometer Gravitational Observatory), který se sestává ze dvou čtyřkilometrových ramen (vzdálených od sebe 3 002 kilometrů), ve kterých je zrcadly odrážen laserový paprsek v téměř dokonalém vakuu. Odhad je, že gravitační vlna by zvládla změnit vzdálenost, kterou musí světlo z laserového zdroje urazit o 10−18 metrů, což je mnohem méně, než je rozměr jádra atomu. Světlo by tak pro uražení vzdálenosti mezi dvěma zrcadly potřebovalo rozdílný čas. Pokud by se něco takového detekovalo, znamenalo by to přímé potvrzení existence gravitačních vln. Za celou dobu existence experimentu se bohužel nic podobného nepotvrdilo.

5 největších vesmírných omylů, kterým věříme kvůli sci-fi filmům

Vzhledem k tomu, že experiment je na povrchu zemském, je potřeba ho odstínit od veškerých vnějších vlivů, což samozřejmě limituje jeho citlivost. Populární historka kolující ve vědeckých kruzích říká, že v observatořích LIGO byli schopni detekovat i záchvěvy způsobené průchodem obézního kolegy řídící místností.

Přírodní řešení 

Naštěstí se nabízí i detektor na ‘přírodní bázi’. Existuje podtřída velmi hmotných a malých neutronových hvězd, které rychle rotují. Nazývají se pulsary. A některé kolem své osy zvládnou rotovat extrémně rychle, v řádech milisekund. Pulsary mají velmi silná magnetická pole, a tak je jejich vyzařování soustředěno prakticky do jejich magnetických pólů, které jsou k nám různě natočeny. Pulsary tak fungují jako velmi spolehlivé vesmírné majáky.

Periodu jejich rotace umíme velmi přesně určit, například pulsar PSR B1937+21 má periodu 1.5578064688197945 +/- 0.0000000000000004 milisekund. Přesnost v takových řádech umožňuje velmi spolehlivě určit, kdy na Zemi dorazí jednotlivé pulzy. Pokud se zpozdí, je jasné, že dráha musela být nějak ‘natáhnuta’, a právě za to by mohly gravitační vlny.

Celý proces detekce není tak jednoduchý, jak by se na první pohled mohlo zdát. Událostí, při kterých ve vesmíru mohly vzniknout, je bezpočet. Díky tomu by mohlo vzniknout velmi slabé pozadí tvořené gravitačními vlnami. Právě to se momentálně pokouší určit několik skupin amerických a evropských vědců, kteří analyzují data nasbíraná za dvacet let pozorování velkého množství milisekundových pulsarů. 

V posledních studiích se vědecká komunita přiklání spíše k tomu, že závod o detekci gravitačních vln vyhraje pozorování pulsarů. Na jakou stranu se přikláníte vy?

Ilustrační foto: Thinkstock

MOHLO BY VÁS ZAJÍMAT:

 

Související články

Jsme na Facebooku

Večer v TV

Celý program

REKLAMA

Přihlášení k odběru newsletteru

Přihlaste se k odběru našeho newsletteru a neuniknou vám žádné novinky z webu i časopisu National Geographic.