Astronomové poprvé pozorovali, jak hvězdy ohýbají prostor a čas

VIDEO MAGAZÍN - Vesmír autor: Ladislav Loukota

Albert Einstein pochyboval, že některé z jeho předpokladů o čase a prostoru budou někdy pozorovatelné. Vědci díky novým technologiím však tyto pochyby vyvracejí a jeho teorie potvrzují.

Zakřivený časoprostor pozorovaný z Parkesova radioteleskopu v australském Novém jižním Walesu

Zakřivený časoprostor pozorovaný z Parkesova radioteleskopu v australském Novém jižním Walesu , zdroj: Swinburne University of Technology

Astronomové zmapovali úchvatný jev, kdy dvojice hvězd strhává časoprostor. Je to další důkaz platnosti obecné teorie relativity, kterou formuloval geniální Albert Einstein.

Před dávnými časy...

Před milionem let, v době, kdy po Zemi kráčel Homo erectus, nastalo ve vzdáleném hvězdném systému dvou hvězd velké kataklyzma. Již před ním se první hvězda ze systému, dnes pojmenovaného PSR J1141-6545, zhroutila – proměnila v bílého trpaslíka. Zůstal z ní jen zbytek jádra s ohromnou hmotností.

Vedl k tomu proces, který bude jednou následovat i naše Slunce. Avšak teprve v okamžiku, kdy začala umírat i hvězda druhá, začaly se dít divy.

Starší hvězda v přípravě na supernovu začala odhazovat atmosféru. Oblaka horkého plynu se v těsné blízkosti dostala i na dráhy k menšímu bílému trpaslíku. Dopadající kvanta hmoty jej v průběhu tisíců let začala ovlivňovat do nečekané podoby. Jak plyn ve stále stejném úhlu narážel na hvězdný povrch, zvyšoval rotaci bílého trpaslíka.

Nakonec hvězdné torzo dosáhlo extrémní rotace – ačkoliv má velikost srovnatelnou se Zemí, namísto 24 hodin se kolem své osy otočí jednou za několik minut. Tím ale kataklyzma nekončilo.

Po supernově druhé hvězdy se její torzo proměnilo do pulzaru, tedy hvězdy otáčející se ještě extrémněji. Pulzary dostaly své jméno díky tomu, že zároveň emitují silné radiové záblesky. Byly to právě tyto záblesky, které nám umožnily soustavu o milion let později prozkoumat a potvrdit na něm Einsteinovu teorii relativity, která spojila setrvačnost s gravitací.

Einstein v ní dospěl k závěru, že působení gravitačních sil mění geometrické vlastnosti čtyřrozměrného časoprostoru. Jeho zakřivení je tím větší, čím větší je hmotnost těles, a tedy jejich gravitace.

Gravitační pole Země je poměrně slabé a zakřivení časoprostoru v její blízkosti je nepatrné. Proto můžeme pro jeho popis použít jednoduchý Newtonův gravitační zákon. V silnějších gravitačních polích, zejména v blízkosti hvězd, však platí Einsteinova teorie, podle které se časoprostor zakřivuje.

Právě to potvrdilo pozorování týmu astronomů vedených Matthewem Bailesem ze Swinburnské univerzity. Pomocí Parkesova radioteleskopu v australském Novém jižním Walesu tým zjistil, že kolem PSR J1141-6545 se v důsledku extrémního chování hvězd kroutí časoprostor.

V gravitační laboratoři

Výzkumníci odhalili soustavu již před dvaceti lety, a od té doby mohli měřit pravidelnost signálů vydávaných pulzarem. Nakonec dospěli k tomu, že rychle rotující hvězdné torzo se otáčí až s hodinářskou přesností. Kolem své osy podle signálů rotuje za 2,5387230404 sekundy.

Zajímavější je však okamžik, kdy signál z pulzaru projde kolem rotujícího bílého trpaslíka. Říká se tomu Lensův-Thirringův jev nebo strhávání časoprostoru. A nyní byl tento úkaz poprvé pozorován právě u PSR J1141-6545.

Platí přitom, že čím je objekt hmotnější a čím rychleji se točí, tím víc strhává časoprostor.

Bailesův tým na signálu pulzaru procházejícího kolem bílého trpaslíka odhalil zpomalení vysvětlitelné jedině strháváním časoprostoru v okolí druhého hvězdného torza.

Přesnost signálu pulzaru rovněž dovolila dobře zmapovat vlastnosti bílého trpaslíka – včetně zmíněného zjištění, jak rychle rotuje. Navzdory obludné vzdálenosti soustavy od Země si tak astronomové můžou být poměrně dobře vědomi jejích vlastností.

file-20200121-117943-14v6seu1 Bílý trpaslík rotující u hvězdy, která se chystá na výbuch, zdroj: Swinburne University of Technology

PSR J1141-6545 je ale extrémní jenom s přimhouřením obou očí. Pulzary či bílí trpaslíci nejsou ve vesmíru nic nového. Obdobné strhávání časoprostoru tak není ve vesmíru výjimečné. Jenom jsme ho zkrátka dosud tak přesně a přesvědčivě nenaměřili.

Platí, že známe více pulzarů než planet podobných Zemi. Ačkoliv to je samozřejmě dáno tím, že exoplanety se nám detekují hůře, zatímco pulzary svou existenci doslova telegrafují do okolí, je otázkou, zdali bychom chování PSR J1141-6545 či jiných pulzarů měli vůbec říkat extrémní.

Větším extrémem je existence organického života na Matičce Zemi.

Tagy: věda a poznání vesmír historie vesmíru supernova bílý trpaslík Einsteinova speciální teorie relativity

Zdroje: Science