Deset let po první detekci gravitačních vln interferometry LIGO a později VIRGO vědci s nebývalou přesností potvrdili Einsteinovy i Hawkingovy předpovědi o černých dírách. Nejnovější měření ukazují, že splynutí černých děr probíhá přesně tak, jak moderní fyzika očekávala.
Ze všech našich smyslů si zrak nejlépe poradí s velkými vzdálenostmi. Možná proto si při pomyšlení na astronomii vybavíme světlo, které k nám dopadá ze vzdálených hvězd a mlhovin. Existují však částice, jako jsou neutrina, které prolétávají vesmírem téměř rychlostí světla a v nich se také nacházejí informace, s jejichž pomocí lze rekonstruovat nejvzdálenější oblasti vesmíru. Před deseti lety si astronomové na své konto připsali třetí „smysl“: gravitační vlny. Dne 14. září 2015 kolaborace LIGO (v USA) konečně detekovala otřesy v časoprostoru, které jsme hledali téměř sto let, od doby, kdy je Einstein předpověděl. Vlny šířící se rychlostí světla nám vypovídají o nejhustších objektech ve vesmíru: černých dírách a neutronových hvězdách obíhajících kolem sebe.
Kolaborace LIGO již dávno spojila své síly s laboratořemi VIRGO a KAGRA (v Itálii, resp. Japonsku) ve spolupráci známé jako LVK, a to, co bylo v roce 2015 bezprecedentní událostí, se nyní opakuje každé tři dny. V posledním a čtvrtém období detekcí LVK identifikovala 220 možných splynutí černých děr, což je třikrát více, než bylo zaznamenáno v předchozích kampaních.
Zdroj: Youtube.com
Tato technologie, která je již nyní nejpřesnějším měřicím systémem, jaký byl kdy navržen, za posledních deset let téměř zečtyřnásobila úroveň svých detailů. Právě jí vděčíme za nejnovější významný objev. Deset let poté, co LIGO objevilo první splynutí černých děr, identifikoval LVK téměř identické splynutí (GW250114): dvě černé díry o hmotnosti asi 30 až 40 hmotností Slunce vzdálené 1,3 miliardy světelných let. Vyšší stupeň přesnosti však umožnil vytěžit z této události mnohem více a s nebývalou jistotou potvrdit předpovědi velkých fyziků, jako byli Einstein, Hawking, Kerr nebo Teukolsky.
Vlny v prostoru a čase
Abychom pochopili gravitační vlny, musíme chápat časoprostor jako látku, jakousi tkaninu, která je deformována hmotností objektů, které jí procházejí. Velmi zjednodušeně řečeno si jej můžeme představit jako velmi napnutou látku. Čím větší hmotnost mají objekty, které tuto látku podpírají, tím více se ohýbá, a černé díry mají tolik hmoty soustředěné v relativně malé oblasti prostoru, že pokud se k nim přiblížíte příliš blízko, jejich gravitaci neunikne ani světlo. A jiné extrémně husté objekty, jako jsou neutronové hvězdy, také vytvářejí výrazné deformace časoprostoru, i když nejsou ve stejné výšce.
Nyní si představme, že na napjatou látku umístíme bowlingovou kouli. Bude to naše černá díra. Pokud s ní budeme otáčet, nic moc se nestane, bude trochu táhnout látku kolem sebe, ale nezpůsobí šíření vln skrz látku. Pokud však místo jedné koule umístíme dvě a necháme je kolem sebe rotovat, při dostatečné rychlosti koulí a napětí látky vzniknou vlny, podobné těm, které se objeví, když hodíme kámen do rybníka. A abychom je mohli detekovat, využijeme těchto „vrásek“ v časoprostoru. Interferometry, jako jsou ty v LVK, rozdělí laserový paprsek na dva na sebe kolmé paprsky, které urazí několik kilometrů, než se odrazí od zrcadla a znovu se setkají. Pokud interferometrem prošla gravitační vlna, změnila délku jednoho ramene o něco více než druhého a laser se vrátí mimo fázi, tj. pokud se světlo chová jako vlna se svými vrcholy a údolími, vrcholy obou paprsků se nebudou shodovat, protože jeden urazil větší vzdálenost než druhý.
Otázka velikosti (a vibrací)
Detekce je samozřejmě mnohem složitější a v posledních letech odborníci zdokonalili stabilizaci laseru, nátěry zrcadel, techniky kvantové komprese a nové umělé inteligence, aby snížili šum, který interferometry nechtěně zachycují. Díky tomu se jim daří překonávat rekordy v přesnosti, protože změna délky kilometrových ramen interferometrů je minimální, někdy menší než desetimiliontina šířky protonu.
Díky tomu se jim podařilo s nebývalou jistotou potvrdit předpověď Stephena Hawkinga, že na základě jeho rovnic nemůže při splynutí dvou černých děr nikdy vzniknout černá díra menší než součet jejich rodičů. Konkrétně to, že plocha výsledné černé díry musí být stejná nebo větší. A v tomto případě měly černé díry, které způsobily vznik GW250114, každá zvlášť rozlohu 240 000 km² (ekvivalent Spojeného království), zatímco jejich splynutím vznikla černá díra o rozloze 400 000 km² (zhruba rozloha Švédska).
Výzkum navíc poprvé potvrdil, že černé díry při svém splynutí vibrují podobně jako duté předměty při nárazu, tedy jako zvon (v závislosti na jejich velikosti a tvaru). Toto „zvonění“, jak se nazývá, předpověděl Roy Kerr v řešení Einsteinových rovnic obecné relativity. Tyto předpovědi formalizoval Teukolsky v roce 1972 a předstihly experimentální fyziku o více než půl století. Je stejně důležité něco teoreticky odvodit, jako ověřit, zda realita skutečně odpovídá našim předpovědím. Takto funguje věda, která riskuje selhání stále složitějších předpovědí. Otázka totiž nezní, zda moderní fyzika dokonale popisuje vesmír. Otázkou je, o kolik selhává a pomocí jakých nových fyzikálních poznatků můžeme tuto chybu zmenšit. Einstein prozatím přežil a dočkal se nového dne.
Hawkingova předpověď potvrzená v této studii byla vlastně potvrzena již v předchozím výzkumu z roku 2021. Míra přesnosti této studie nám však umožňuje být si mnohem jistější, a tudíž mít k dispozici přesnější údaje pro analýzu toho, jak se měnil povrch těchto černých děr při jejich splynutí. Doufejme, že budoucí výzkumy s použitím ještě přesnějších technik potvrdí výsledky této studie a znovu potvrdí fyziku černých děr, jak ji známe.
Budoucnost detekce gravitačních vln
Průlom v detekci gravitačních vln nejen potvrzuje základní teorie, ale také otevírá nové dveře pro zkoumání vesmíru. Díky neustálému zdokonalování interferometrů a mezinárodní spolupráci stojíme na prahu nové éry astronomie. Vědci pracují na budoucích projektech, jako je vesmírný teleskop pro gravitační vlny (LISA), který bude schopen detekovat gravitační vlny z vesmíru, čímž odstraní pozemní omezení a umožní přesnější a komplexnější pozorování vesmíru. Tento projekt, který vede Evropská kosmická agentura (ESA), by měl být uveden do provozu v roce 2030 a slibuje revoluci v našem chápání vesmíru.
Zdroj: Youtube.com
Kromě toho by studium gravitačních vln mohlo poskytnout zásadní informace o extrémních kosmických událostech, jako jsou srážky neutronových hvězd, které jsou zásadní pro pochopení vzniku těžkých prvků ve vesmíru. Detekce gravitačních vln může také pomoci odhalit tajemství temné hmoty a temné energie, které tvoří většinu vesmíru, ale kterým stále ještě plně nerozumíme.
Detekce gravitačních vln nejen potvrzuje platnost Einsteinových a Hawkingových teorií, ale také nám dává nový nástroj pro zkoumání vesmíru a zodpovězení některých nejhlubších otázek o jeho povaze a původu.
Techzpravy.cz
KINOTIP2.cz|
Náš dům|
Plné zdraví|
Naše zahrada|
Epeníze|
FAJNTIP.cz|
HN.cz|