Dva dobre známe a dlhé roky pozorované pulzary preukázali správnosť Einsteinovej všeobecnej teórie relativity. Podľa mnohých odborníkov ide o doteraz najprísnejší test, akému bola teória podrobená. Na tému upozornili vedecké portály Sciencealert a NewScientist.

Jediný známy pulzar svojho druhu

Všeobecná teória relativity je teória o čase, priestore a gravitácii. Môžeme teda povedať, že všeobecná teória relativity popisuje vplyv gravitácie na časopriestor. Hmota podľa tejto teórie zakrivuje časopriestor vo svojom okolí, pričom čím je objekt hmotnejší, tým väčšie zakrivenie by mal spôsobiť.

Michael Kramer (Jodrell Bank Observatory, University of Manchester)/ Wikimedia

To znamená, že extrémne hmotné telesá, ako neutrónové hviezdy dokážu, podľa všeobecnej teórie relativity ohnúť okolo seba svetlo, pretože fotóny budú sledovať zakrivenie časopriestoru. Navyše, ak sa blízko seba nachádzajú dve neutrónové hviezdy, ich vzájomné obiehanie vytvorí gravitačné vlny, ktoré dokážeme detegovať aj na Zemi.

V roku 2003 sa tímu odborníkov podarilo vo vzdialenosti 2400 svetelných rokov objaviť doposiaľ jediný binárny pulzar, ktorý dnes poznáme pod názvom PSR J0737−3039A/B. Ide o dve rotujúce neutrónové hviezdy (pulzary), ktoré sa točia takou rýchlosťou, že odstredivá sila tvaruje žiarenie do tvaru kužeľa. Pulzar teda pre astronómov slúži ako maják na pobreží, ktorý zo svojich pólov emituje žiarenie.

Vo všeobecnosti sú pulzary vďaka svojmu neochvejnému načasovaniu „pulzov majáka“ považované za jedny z najužitočnejších hviezd vo vesmíre.  Zmeny v načasovaní týchto rádiových pulzov slúžia na navigáciu, skúmanie medzihviezdneho média a štúdium gravitácie.

Znázornenie pulzaru. NASA

PSR J0737−3039A/B je zložený z dvoch pulzarov, ktorých vzájomný oblet okolo seba trvá 147 minút, pričom ich rýchlosť sa odhaduje 1 milión km/h. Počas tohto obiehania sa jeden pulzar okolo svojej osi otočí rýchlosťou 44-krát za sekundu a druhý, mladší a pomalší spoločník, raz za 2,8 sekundy. Vždy, keď sa tieto pulzary otočia, dostaneme na Zem záblesk rádiových lúčov.

Ako vysvetľuje Robert Ferdman z University of East Anglia, tieto pulzy k nám budú prichádzať s extrémnou pravidelnosťou, až pokým nejaký astrofyzikálny jav nespôsobí ich oneskorenie. Presne to sa udialo.

V údajov získaných zo siahodlhých pozorovaní, ktoré vykonalo 7 rôznych rádioteleskopov od roku 2003 do roku 2019, vedci dokázali odhaliť oneskorenie tohto načasovania, ale aj jeho príčinu. Všetky výsledky boli publikované v žurnále Physical Review X.

Oneskorenie impulzov a strhávanie časopriestoru

Ukázalo sa, že rádiové impulzy prichádzajú na Zem neskôr, pretože boli v dôsledku silného časopriestorového zakrivenia, vychýlené o 0,04 stupňa. Podľa Ferdmana ide o prvý experimentálny dôkaz takéhoto veľkého zakrivenia.

„Prvýkrát vidíme, ako sa svetlo v dôsledku silného zakrivenia časopriestoru okolo spoločníka oneskoruje, ale aj to, že svetlo je vychýlené o uhol 0,04 stupňa,“ cituje portál ScienceAlert astrofyzičku Ingrid Stairsovú. Nič také predtým, pri takom veľkom zakrivení časopriestoru, nebolo pozorované, dodala.

Vedci tiež zistili, že pulzary prešli orbitálnym rozpadom. Ten sa odohráva vtedy, keď neutrónové hviezdy začnú zrýchľovať, čo sa môže stať v prípade, ak sa tieto dve hviezdy navzájom okolo seba otáčajú, generujú gravitačné vlny, ktoré spôsobia, že sa ich obežné dráhy zmenšia, keď stratia energiu.

Zainteresovaní odborníci majú veľkú radosť, že sa im podarilo otestovať základný kameň Einsteinovej teórie, teda odmerať energiu prenášanú gravitačnými vlnami, s presnosťou až 1000-krát lepšou, ako to dokážu súčasné detektory gravitačných vĺn.

Celkovo bolo vykonaných sedem testov všeobecnej teórie relativity, vrátane spôsobu akým sa mení orientácia obežnej dráhy tejto dvojhviezdy a spôsobu, akým pulzary strhávajú časopriestor – Lense-Thirringov jav (Frame-dragging).

Mysid/Wikimedia

Ako sebavedomo vyhlasuje Ferdman, tento doteraz najpresnejši a najtvrdší test Einsteinovej teórie nastavil latku naozaj veľmi vysoko, takže budúce experimenty, ktoré budú chcieť Einsteinovu teóriu z hľadiska presnosti overiť, túto latku už nesmú podliezť. Pomôcť by im v tom mali však nové a modernejšie teleskopy a detektory gravitačných vĺn.

Vzhľadom na to, že všeobecná relativita nie je kompatibilná s inými základnými silami, ktoré popisuje kvantová mechanika, je nevyhnutné, aby sa pokračovalo v čo najprísnejších testoch a odhalilo sa, ako a kedy sa teória rozpadne, objasňuje Ferdman.

Objavenie akejkoľvek odchýlky od všeobecnej teórie relativity by totiž predstavovalo obrovský objav, ktorý by otvoril dvere úplne novej fyzike.