Jednou z předpovědí v Einsteinově obecné teorii relativity je, že jakékoli rotující těleso posune samotnou strukturu časoprostoru kolem sebe. Tento jev je znám jako „přetahování snímků“.
V každodenním životě není přetahování snímků zásadní, protože efekt je neuvěřitelně malý. Detekce tohoto jevu, způsobeného celou rotací Země, vyžaduje satelity, jako je například „gravitační sonda B“ ve výši 750 milionů $, která detekovala úhlové změny v gyroskopech ekvivalentní jednomu stupni každých zhruba 100 000 let.
Naštěstí pro nás existuje ve vesmíru mnoho laboratoří přirozené gravitace, kde mohou fyzici pozorovat Einsteinovy předpovědi v celé své kráse.
Zakřivení časoprostoru. (Mark Myers / OzGrav ARC Center of Excellence)
Studie týmu vědců, publikovaná v časopise Science, odhaluje důkazy o přetahování snímků v mnohem výraznějším měřítku pomocí radioteleskopu a jedinečné dvojice kompaktních hvězd obíhajících kolem sebe závratnou rychlostí.
Pohyb těchto hvězd mohl v Newtonově době zmást astronomy, protože se jasně pohybují v zakřiveném časoprostoru a pro vysvětlení jejich trajektorií je nutná Einsteinova obecná teorie relativity.
Obecná relativita je základem moderní teorie gravitace. To vysvětluje přesný pohyb hvězd, planet a satelitů a dokonce i plynutí času. Jednou z jejích méně známých předpovědí je, že rotující tělesa táhnou časoprostor spolu s nimi. Čím rychleji se objekt otáčí a čím je masivnější, tím je patrnější posun v časoprostoru.
Jedním typem objektu je bílý trpaslík. Jedná se o zbytky mrtvých hvězd, které byly jednou několikrát hmotnější než naše Slunce, ale vyčerpaly své vodíkové palivo.
To, co zbylo, je podobné velikosti jako Země, ale statisíckrát hmotnější. Bílý trpaslíci se také mohou velmi rychle otáčet, což každou minutu nebo dvě udělá úplnou revoluci namísto 24 hodin jako Země.
Přetahování způsobené takovým bílým trpaslíkem by bylo asi 100 milionůkrát silnější než na Zemi.
To je v pořádku a dobré, ale nemůžeme letět k bílému trpaslíkovi a vypustit kolem něj satelity. Příroda je naštěstí laskavá k astronomům a má svůj vlastní způsob, jak nám umožnit pozorovat je prostřednictvím obíhajících hvězd zvaných pulsary.
Před dvaceti lety objevil radioteleskop CSIRO Parkes jedinečný hvězdný pár skládající se z bílého trpaslíka (velikost Země, ale asi 300 000krát těžší) a rádiového pulsaru (velikost malého města, ale 400 000krát těžšího než Země).
Ve srovnání s bílými trpaslíky jsou pulzary obecně na jiné úrovni. Nejsou vyrobeny z obyčejných atomů, ale z neutronů stlačených k sobě, což je činí neuvěřitelně hustými. Pulzar se navíc otáčí 150krát za minutu.
To znamená, že 150krát za minutu „paprskový paprsek“ rádiových vln vyzařovaných tímto pulzarem projde kolem našeho vyhlídkového bodu zde na Zemi. Můžeme to použít k vykreslení dráhy pulsaru, jak se točí kolem bílého trpaslíka, na základě času, kdy jeho puls dosáhne našeho dalekohledu a zná rychlost světla. Tato metoda ukázala, že dvě hvězdy obíhají kolem sebe za méně než 5 hodin.
Tato dvojice, oficiálně pojmenovaná PSR J1141-6545, je ideální gravitační laboratoří. Od roku 2001 cestovali vědci několikrát ročně do parku CSIRO Parkes, aby zmapovali oběžnou dráhu tohoto systému, což ukazuje mnoho Einsteinových gravitačních účinků.
I když je PSR J1141-6545 vzdálený několik stovek kvadrillionů kilometrů (kvadrillion – miliony miliard), víme, že pulsar se otáčí 2,5387230404krát za sekundu a že jeho dráha je v rovnováze.
To znamená, že rovina jeho oběžné dráhy není pevná, ale rotuje pomalu.
Jak k tomuto systému došlo?
Když vzniknou páry hvězd, nejmohutnější zemře jako první a často vytvoří bílého trpaslíka. Než druhá hvězda zemře, přenáší hmotu na svého společníka.
Bílý trpaslík, který se otáčí a pohlcuje hmotu od svého společníka. (ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery)
Když tento materiál spadne k bílému trpaslíkovi, vytvoří se disk a bílého trpaslíka zrychluje po desítky tisíc let.
Ve výjimečných případech, jako je tato, může druhá hvězda explodovat do supernovy a zanechat po sobě pulsar. Rychle rotující bílý trpaslík s sebou táhne časoprostor, což způsobí naklonění orbitální roviny pulzaru. Tento náklon jsme pozorovali při mapování oběžné dráhy pulsaru.
Sám Einstein si myslel, že mnoho z jeho předpovědí o prostoru a čase nebude nikdy objeveno. Ale v posledních několika letech došlo k revoluci v extrémní astrofyzice, včetně objevu gravitačních vln a obrazů černé díry pomocí celosvětové sítě dalekohledů.
Matthew Bailes, výzkumný pracovník ARC, Swinburne University of Technology, výzkumný pracovník Institutu Maxe Plancka.
Tento článek publikoval The Conversation.
Zdroje: Foto: Mark Myers / OzGrav ARC Center of Excellence / Swinburne University of Technology
