Jednou z predpovedí Einsteinovej všeobecnej teórie relativity je, že akékoľvek rotujúce teleso posúva samotnú štruktúru časopriestoru okolo seba. Tento jav je známy ako „pretiahnutie rámu“.
V každodennom živote nie je presúvanie rámov nevyhnutné, pretože efekt je neuveriteľne malý. Detekcia tohto efektu spôsobeného celou rotáciou Zeme si vyžaduje satelity, ako napríklad „gravitačná sonda B“ vo výške 750 miliónov dolárov, ktorá detegovala uhlové zmeny v gyroskopoch ekvivalentné jednému stupňu každých asi 100 000 rokov.
Našťastie pre nás existuje vo vesmíre veľa laboratórií s prirodzenou gravitáciou, kde môžu fyzici pozorovať Einsteinove predpovede v celej svojej kráse.
Zakrivenie časopriestoru. (Centrum výnimočnosti Mark Myers / OzGrav ARC)
Štúdia tímu vedcov, publikovaná v časopise Science, odhaľuje dôkazy o pretiahnutí rámcov v oveľa výraznejšom meradle pomocou rádioteleskopu a jedinečnej dvojice kompaktných hviezd obiehajúcich okolo seba závratnou rýchlosťou.
Pohyb týchto hviezd mohol v Newtonovom čase zmiasť astronómov, pretože sa jasne pohybujú v zakrivenom časopriestore a na vysvetlenie ich dráh je potrebná Einsteinova všeobecná teória relativity.
Všeobecná relativita je základom modernej teórie gravitácie. To vysvetľuje presný pohyb hviezd, planét a satelitov a dokonca aj plynutie času. Jednou z jej menej známych predpovedí je, že rotujúce telesá so sebou ťahajú časopriestor. Čím rýchlejšie sa objekt otáča a čím je masívnejší, tým je časopriestorový posun viditeľnejší.
Jedným typom objektu je biely trpaslík. Jedná sa o pozostatky mŕtvych hviezd, ktoré boli kedysi niekoľkonásobne hmotnejšie ako naše Slnko, ale vyčerpali svoje vodíkové palivo.
Čo zostane, má podobnú veľkosť ako Zem, ale státisíckrát masívnejšie. Bieli trpaslíci sa tiež môžu veľmi rýchlo otáčať, čo urobí úplnú revolúciu každú minútu alebo dve, namiesto 24 hodín ako Zem.
Ťahanie spôsobené takýmto bielym trpaslíkom by bolo asi 100 miliónovkrát silnejšie ako zemské.
To je všetko v poriadku, ale nemôžeme letieť k bielemu trpaslíkovi a okolo neho vypúšťať satelity. Príroda je našťastie láskavá k astronómom a má svoj vlastný spôsob, ako nám umožňuje pozorovať ich prostredníctvom krúžiacich hviezd nazývaných pulzary.
Pred dvadsiatimi rokmi rádioteleskop CSIRO Parkes objavil jedinečný hviezdny pár pozostávajúci z bieleho trpaslíka (veľkosť Zeme, ale asi 300 000-krát ťažšieho) a rádiového pulzaru (veľkosti malého mesta, ale 400 000-krát ťažšieho ako Zem).
V porovnaní s bielymi trpaslíkmi sú pulzary všeobecne na inej úrovni. Nie sú vyrobené z obyčajných atómov, ale z neutrónov stlačených k sebe, čo ich robí neuveriteľne hustými. Pulzar sa navyše otáča 150-krát za minútu.
To znamená, že 150-krát za minútu „majákový lúč“ rádiových vĺn emitovaných týmto pulzarom preletí okolo nášho výhodného bodu tu na Zemi. Môžeme to použiť na zakreslenie dráhy pulzaru, ktorý sa točí okolo bieleho trpaslíka, na základe času, keď jeho pulz dosiahne náš ďalekohľad a pozná rýchlosť svetla. Táto metóda ukázala, že dve hviezdy obehli okolo seba za menej ako 5 hodín.
Táto dvojica, oficiálne pomenovaná PSR J1141-6545, je ideálne gravitačné laboratórium. Od roku 2001 vedci niekoľkokrát do roka cestovali do parku CSIRO Parkes, aby zmapovali obežnú dráhu tohto systému, ktorý ukazuje veľa Einsteinových gravitačných účinkov.
Aj keď je PSR J1141-6545 niekoľko stoviek kvadriliónov kilometrov (kvadrilión – milióny miliárd), vieme, že pulzar rotuje 2,5387230404 krát za sekundu a že jeho obežná dráha je v rovnováhe.
To znamená, že rovina jeho obežnej dráhy nie je pevná, ale rotuje pomaly.
Ako vznikol tento systém?
Keď vzniknú páry hviezd, najhmotnejšia z nich najskôr zomrie, pričom často vznikne biely trpaslík. Predtým, ako druhá hviezda zomrie, prenáša hmotu na svojho spoločníka.
Biely trpaslík, ktorý sa otáča a absorbuje hmotu od svojho spoločníka. (ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery)
Keď tento materiál spadne smerom k bielemu trpaslíkovi, vytvorí sa disk a bieleho trpaslíka urýchľuje po desaťtisíce rokov.
V zriedkavých prípadoch, ako je táto, môže druhá hviezda explodovať do supernovy a zanechať po sebe pulzar. Rýchlo sa otáčajúci biely trpaslík so sebou ťahá časopriestor a núti nakláňať obežnú rovinu pulzaru. Tento náklon je to, čo sme pozorovali pri mapovaní obežnej dráhy pulzaru.
Sám Einstein si myslel, že veľa z jeho predpovedí o priestore a čase nebude nikdy objavených. Ale v posledných niekoľkých rokoch došlo k revolúcii v extrémnej astrofyzike, vrátane objavu gravitačných vĺn a snímok čiernej diery pomocou celosvetovej siete ďalekohľadov.
Matthew Bales, vedecký pracovník ARC, Swinburne University of Technology, vedecký pracovník inštitútu Max Planck.
Tento článok publikoval The Conversation.
Zdroje: Foto: Mark Myers / OzGrav ARC Center of Excellence / Swinburne University of Technology
