Znovu a znovu se utvrzujeme v tom, že vesmíru je všechno, na co si jen vzpomeneme. Občas najdeme tak perfektní objekty, že na nich můžeme testovat rozličné hypotézy ve stylu, o jakém by se nám na Zemi, se všemi urychlovači a superpočítači, zatím ani nesnilo. Právě to je případ pozoruhodné trojhvězdy, která zahrnuje milisekundový pulsar a dva bílé trpaslíky. Dotyčná soustava je poskládaná tak, že to umožňuje dostatečně přesným měřením prověřit obecnou relativitu.
Trojhvězdu objevili na teleskopu Green Bank Telescope (GBT), v rámci rozsáhlého projektu pátrání po pulsarech. Astronomové ale využili i slavný portorický radioteleskop Arecibo a také Westerbork Synthesis Radio Telescope v Nizozemí. K výzkumu nakonec posloužila i data ze Sloanovy digitální prohlídky oblohy, satelitu GALEX, arizonského teleskopu WIYN na Kitty Peak a rovněž ze Spitzerova vesmírného dalekohledu.
Systém je od nás vzdálený cca 4 200 světelných let a zahrnuje dva bílé trpaslíky s pulzarem PSR J0337+1715, namačkané na prostoru menším, než jaký ohraničuje oběžná dráha Země kolem Slunce. Místní pulsar tiká téměř 366 za sekundu, takže ho lze využít jako velmi precizní měřící přístroj pro výzkum rozličných fenoménů. Mimo jiné i pro lapání stále nepostižitelných gravitačních vln. Podle Scotta Ransoma z americké Národní radioastronomické observatoře NRAO a jeho kolegů jde o první milisekundový pulsar v takovém hvězdném systému. Byla by samozřejmě věčná škoda nechat si ujít takovou šanci k testování povahy gravitace.
V bizarní soustavě, která musí mít bezpochyby šílenou historii, se sváří obrovské gravitační síly. Milisekundový pulsar je zase natolik rychlý a přesný, že s jeho pomocí lze pečlivě proměřit geometrii soustavy a také hmotnosti přítomných hvězd. Badatelé prý uskutečnili jedny z doposud nejpřesnějších měření v astrofyzice. Některé jejich údaje o vzájemné pozici hvězd soustavy jsou přesné na stovky metrů. Takto zpracovaná soustava se teď stala gravitační laboratoří, která umožní vystavit zkoušce ohněm silný princip ekvivalence (Strong Equivalence Principle), podle nějž jsou gravitační zákony nezávislé na rychlosti a umístění v časoprostoru.
Systém s pulsarem PSR J0337+1715 k takovému testu nabízí zatím vůbec nejlepší příležitost. Pokud by silný princip ekvivalence platil, tak bude gravitace bílého trpaslíka na vnější dráze působit stejně na bílého trpaslíka na vnitřní dráze i na pulsar. Kdyby neplatil, tak se gravitační vlivy vnějšího trpaslíka na vnitřního trpaslíka a pulsar budou mírně lišit, přičemž milisekundový pulsar by měl rozdíl v pohodě odhalit. Co by se v takovém případě mělo dít? Jde o to, že když silný princip ekvivalence padne, tak s ním padne i celá obecná relativita. V takovém případě nás experiment s pulsarem a dvěma trpaslíky možná nasměruje k nové, správnější teorii gravitace.
Pavel Bakala, odborník na obecnou teorii relativity a chování hmoty a záření v blízkosti černých děr a neutronových hvězd, z Ústavu fyziky Filozoficko-přírodovědecké fakulty Slezské univerzity v Opavě, k tomu dodává:
Vícenásobné těsné hvězdné systémy s neutronovou hvězdu nebo černou díru patří mezi vzácná místa ve známém vesmíru, kde můžeme obecnou relativitu testovat v režimu skutečně silného pole. Najít v takových systémech bezrozporné analytické řešení Einsteinových rovnic pro dynamicky proměnlivý zakřivený prostoročas je velice obtížné až nemožné, a proto je nutné pro modelování orbitálního pohybu a dalších astrofyzikálních procesů použít pokročilé numerické metody a velmi výkonné paralelní superpočítače. Pokud je však obecná relativita pouze nízkoenergetickou limitou obecnější teorie, tak by srovnání relativistických předpovědí orbitálního pohybu v silném poli s observačními daty mohlo hrát klíčovou roli při hledání takové obecnější teorie gravitace. Ve frontě se už teď tísní vícero testovatelných kandidátů na nástupce obecné teorie relativity, přičemž jsou mezi nimi např. různé varianty hypotézy hyperprostorových bránových světů inspirované vícerozměrnou Kaluzovou-Kleinovou relativitou a superstrunovými teoriemi, skalárně-tenzorové teorie předpovídající černé díry přece jenom s vlasy či kvantová Hořavova gravitace pracující s anizotropií času a prostoru při vysokých energiích.
Literatura
NRAO News 5. 1. 2014, Nature 505: 520-524, Wikipedia (Strong Equivalence Principle).
Diskuze:
