Simulace gravitačních vln vyzařovaných při fúzi černých děr. Autor: NASA/Ames Research Center/C. Henze. Licence obrázku public domain.

Binární černé díry – relativistická obdoba problému tří těles

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

Vysvětlili, jak speciální molekula chrání hlubokomořské organismy před vysokým tlakem

Trimethylamin N-oxid pod lupou. Víme, že chladomilné organismy brání své vodě ve zmrznutí pomocí různých …

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close