Sciencemag.cz
Doporučujeme
Dochází před fúzí černých děr k nějaké rezonanci jejich rotací?
Jak známo, problém tří těles nemá v newtonovské dynamice obecné analytické řešení, což ovšem nebrání více či méně přesně jej řešit iteračně. Méně se už ví, že v obecné teorii relativity (respektive v Einsteinových rovnicích) stačí k podobnému „zmatení rovnic“ pouhá dvě tělesa, a to sice vzájemně obíhající černé díry.
Ne snad, že by problémem byl samotný pohyb obou černých děr. Jde o to, že kolem černé díry lze počítat všechna ta zakřivení, kontrakce a dilatace prostoročasu, stačí k tomu znát parametry černých děr, tj. de facto jen hmotnost a moment hybnosti. V systému binárních černých děr ale Einsteinovy rovnice už pro deformaci prostoročasu žádný jednoznačný výsledek nedávají. I tak z nich ale určité prognózy plynou – a ty lze dokonce brát jako další možný test obecné teorie relativity.
Kolem černé díry dochází v důsledku její rotace k tzv. strhávání časoprostoru (frame dragging; to se samozřejmě netýká jen černých děr, ale gravitace jakéhokoliv rotujícího tělesa). Při rotaci dvou černých děr kolem sebe ovlivňuje strhávání časoprostoru jedné černé díry rotaci té druhé. Z Einsteinových rovnic má vyplynout tzv. rotačně-orbitální rezonance. Obě černé díry budou mít tendenci vstoupit do rezonance, kdy se jejich rotace buď vyrovnají stejným směrem (paralelně), nebo opačným (antiparalelně).
Jedna z nedávných studií naznačuje, že tomu tak snad skutečně funguje. Vědci analyzovali data gravitačních vln ze známých splynutí černých děr a závěr zní, že jejich rotace mají tendenci být rovnoběžné nebo protiběžné. Nicméně je to jen náznak, rozhodně nemáme dost dat. Signály v podobě gravitačních vln se snadno ztrácejí v šumu, však gravitační observatoře LIGO a Virgo zachytily příslušných událostí dosud jen málo. Navíc jde i to, že data se filtrují přes počítačové modely, proto je třeba možné, že zachytíme pouze určitý specifický vzorek signálů (nejen co se týče samotné intenzity).
Druhá studie (viz níže) má vést k závěru, že bychom měli rovnání rotace černých děr ideálně sledovat těsně před jejich fúzí. Tehdy se k sobě obě černé díry nacházejí nejblíže, strhávání časoprostoru je tedy nejsilnější a vzájemné ovlivňování rotace černých děr nejsilnější. Právě zde by se tedy mělo dát ověřit, zda dochází k jevu rotačně-orbitální rezonance.
Varma, Vijay, et al. “Hints of spin-orbit resonances in the binary black hole population.” Physical Review Letters 128.3 (2022): 031101.
Varma, Vijay, et al. “Measuring binary black hole orbital-plane spin orientations.” Physical Review D 105.2 (2022): 024045.
Zdroj: Brian Koberlein: Binary Black Holes can Unlock Another of Einstein’s Predictions, UniverseToday.com a další
Poznámka PH:
Zcela laicky, proč by to celé mělo být omezeno na černé díry, vždyť původní rovnice obecné teorie relativity existenci černých děr ani nepředpokládaly/nevyžadovaly? Jakékoliv těleso deformuje časoprostor, takže vše by mělo fungovat pro libovolná dvě tělesa? Snad u fúzujících neutronových hvězd by byl efekt neměřitelný?
Strhávání časoprostoru na české Wikipedii
