Co ukázaly gravitační vlny?

20. únor 2016

Gravitační vlny předpověděl před 100 lety Albert Einstein. Teprve teď se je podařilo přímo změřit. Co jejich detekce ukázala? Třeba to, že se hmota dokáže přeměnit v energii. V tomto případě v energii vyšší, než jakou v ten okamžik vydávaly všechny hvězdy viditelného vesmíru dohromady.


Příspěvky Meteoru 20. 2. 2016
00:57 Hroch jako kanibal
08:37 Sníh na zemi jen tak neleží
17:18 Klima jako na houpačce 1/3
28:03 Zdrogovaní pavouci
33:59 Gravitační vlny objeveny!

Lepší dárek ke stému výročí své obecné teorie relativity by si snad Einstein ani nemohl přát. Gravitační vlny definované právě v rámci této teorie poprvé zachytily lidmi zkonstruované přístroje. Konkrétně dva detektory soustavy zvané LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) v USA, a to 14. září 2015.

Rozvlnění prázdnoty

Gravitační vlna není vidět ani slyšet. Lidské oko ani ucho ji nezaznamená. Přesto existuje. Jako určité rozvlnění prázdnoty - prostoru a času kolem nás. Podle Einsteina vysílají gravitační vlny všechna hmotná tělesa. Jinak řečeno, vše, co má nějakou hmotnost, deformuje prostoročas. A nejvíce se tak děje u objektů velmi těžkých, které mění svůj směr pohybu.

Čtěte také

Zhroucená hvězda

Gravitační vlny zachycené detektory LIGO vznikly jako výsledek srážky dvou černých děr. „Černá díra, to je poslední stadium vývoje masivních hvězd. Hvězdy se zhroutí a vytvoří malá hutná tělesa, do kterých není vidět. Můžeme ale pozorovat jejich okolí, takže máme celkem dobré doklady o tom, že černé díry opravdu existují a působí na hmotu ve svém okolí,“ uvedl v Meteoru profesor Jan Novotný z Pedagogické fakulty Masarykovy univerzity v Brně.

Srážka černých děr

„Dvě černé díry se velmi sblížily, až došlo ke kolizi. Při takové srážce se uvolní obrovské množství energie, zakřiví se prostor a čas, a tím prostorem a časem se rozšíří gravitační vlna. Je to, jako bychom byli na takovém nepevném jevišti, které se pod námi otřásá, a ty otřesy je možno zaznamenat, i když jsou nesmírně malé,“ vysvětlil profesor Novotný.

Srážka černých děr vzdálených od nás 1,3 miliardy světelných let rozvlnila prostor a čas. Vlna se pak rozšířila všemi směry, až doputovala k nám. Při tom opakovaně smrštila a roztáhla prostor a zrychlila a zpomalila čas. Že jste si něčeho nevšimli? Není divu. Gravitační vlna trvala jen asi 1,5 desetiny sekundy. Je až neuvěřitelné, když si představíme, co této desetině sekundy předcházelo.

Zběsilé tempo těsně před srážkou

Závěrečná fáze před tím, než dvě černé díry splynou v jednu, je velmi dramatická, jak přibližuje profesor Tomáš Tyc z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně: „Černé díry byly od sebe v konečné fázi vzdáleny pouhých 350 km, což je neuvěřitelně krátká vzdálenost, když si uvědomíme, že každá z nich měla asi 30 hmotností Slunce“.

Čím více se černé díry k sobě přibližovaly, tím se zrychloval jejich pohyb. „Rychlost obíhání černých děr narostla do extrémních hodnot, asi do dvou třetin rychlosti světla. Objekty obíhaly s obrovskou frekvencí zhruba 150 oběhů za sekundu,“ dodal Tyc.

Gravitační vlna odnesla energii 3 Sluncí

Černé díry před kolizí vážily dohromady asi 65 hmotností Slunce. Pozoruhodné je, že když splynuly v jednu, jejich výsledná hmotnost činila „jen“ 62 Sluncí.

„To znamená, že gravitační vlny odnesly obrovské množství energie odpovídající hmotnosti 3 Sluncí. Jak ukázal Einstein ve známé rovnici E = mc2, tak hmota je ekvivalentní energii, a když si představíme 3 hmotnosti Slunce a energii, která tomu odpovídá, tak to je naprosto neuvěřitelné,“ řekl profesor Tyc.

Energie vyzařovaná ve formě gravitačních vln byla největší v okamžiku těsně před splynutím černých děr. „V tu chvíli vlny odnášely snad 50krát větší energii, než je svítivost všech hvězd ve viditelném vesmíru. To, co se ve vesmíru odehrává, je naprosto mimo lidské chápání a představivost,“ doplnil Tyc.


Sluneční hmotnost je v astronomii základní jednotkou pro vyjádření hmotností hvězd a jejich systémů (galaxií, hvězdokup, planetárních mlhovin). Vyjadřuje se vzorem: MS = 1,989×1030 kg. Hmotnost Slunce je přibližně 333 000 hmotností Země. Hmotnost hvězd se pohybuje od 0,05 MS (hnědí trpaslíci) až do 150 MS (veleobři). Hmotnost centrální části naší Galaxie je přibližně 200 miliard MS, hmotnost celé galaxie včetně koróny je 3–6 bilionů MS. Zdroj: Wikipedia

Okna vesmíru dokořán

Mnozí vědci se shodují na tom, že s potvrzením gravitačních vln přichází zcela nová epocha zkoumání vesmíru. „Gravitační vlny mohou přicházet i z míst ve vesmíru, z nichž po světle informaci nedostaneme, z raných fází vzniku vesmíru,“ uvedl profesor Novotný.

„Tehdy světlo interagovalo s okolní látkou a my dnes, když se tam díváme, tak hledíme jakoby do mlhy, nevidíme nic. Jenže gravitační vlně ta mlha nevadí. To může být v budoucnu ta nejdůležitější věc - dozvíme se o vzdálené minulosti vesmíru, která je pro nás pomocí optických informací nedostupná,“ dodal Novotný.

Odhalí kosmické detektory tajemství vzniku vesmíru?

Dá se očekávat, že po úspěchu detektorů LIGO se podobným směrem vydá více vědeckých pracovišť. Podobné měřicí zařízení by mělo být brzy spuštěno v Evropě, do pozorování gravitačních vln se plánuje připojit Indie i Japonsko. Nejambicióznější projekty jsou ovšem v plánu mimo Zemi.

„Ten největší experiment na Zemi má ramena 4 km, větší postavit víceméně nejde, jenže ve vesmíru to má být až 5 milionů km, čímž razantně stoupne citlivost,“ podotkl profesor Petr Kulhánek z Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze.

„Mohli bychom tak být v budoucnu schopni naměřit naprosto bez problémů gravitační vlny blízkých dvojhvězd, ale i gravitační vlny z počátku vesmíru. Mohli bychom se ptát, jak vznikl vesmír,“ dodal Petr Kulhánek. Díky pozorování gravitačních vln tak v budoucnu můžeme odhalovat dosud skrytá tajemství vesmíru, včetně jeho vzniku.

Tento i ostatní záznamy pořadu Meteor najdete v našem audioarchivu iRadio.

autoři: Petr Sobotka , Leona Matušková
Spustit audio