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

Extrémní precese: objevili rychle se kymácející černé díry

Zvláštní krouživý pohyb na oběžných drahách dvou srážejících se černých děr představuje exotický jev, který předpovídá obecná relativita (Einstenova teorie gravitace). Mark Hannam, Charlie Hoy a Jonathan Thompson z Cardiffské univerzity uvádějí, že tento jev byl nyní jednak poprvé pozorován u černých děr, a za druhé pak u nich vše probíhá 10miliardkrát rychleji než při pozorování precese v jiných systémech.
Příslušný systém srážejících se binárních černých děr byl objeven prostřednictvím gravitačních vln na počátku roku 2020 v detektorech LIGO a Virgo (událost GW200129). Jedna z černých děr, 40krát hmotnější než naše Slunce, je pravděpodobně vůbec nejrychleji rotující černou dírou, která byla nalezena prostřednictvím gravitačních vln. A na rozdíl od všech předchozích pozorování tato rychle rotující černá díra narušila prostor a čas natolik, že se celá oběžná dráha dvojhvězdy rozkmitala tam a zpět.
Precese (kmitání) tohoto typu by v newtonovské fyzice vůbec nenastávala. Jedná se o výsledek vlivu rotace tělesa na strhávání (deformaci) časoprostoru. Oběh pak tedy závisí nejen na hmotnosti těžšího/centrálního tělesa, ale i na jeho rotaci. Vědci doufali, že jev zaznamenají od prvního pozorování gravitačních vln, bylo k tomu ale nakonec potřeba více než 80 pozorování srážek dvojice černých děr. Je to tím, že signál gravitačních vln je sám o sobě slabý, a toto je ještě další slabý signál uvnitř. K jeho odhalení bylo proto potřeba provést velmi složitou analýzu dat.
Již dříve se nicméně podařilo zaznamenat precesi u binárního pulsaru (dvou obíhajících se neutronových hvězd), kde však k příslušnému kmitu oběžné dráhy došlo za 75 let, v novém případě několikrát za sekundu (viz „10miliardkrát rychleji“ výše).
Jak se dále uvádí, pro „rozsah“ precese v tomto uspořádání je klíčové právě to, jak rychle rotuje větší z černých děr. V tomto případě je rychlost rotace na hranici toho, co je podle stávajících modelů vůbec fyzikálně možné. Proto vlastně nemusí být překvapivé, že se precesi až dosud detekovat nepodařilo, ale možná spíše to, že to vyšlo teď. Mezi dvojicemi černých děr se právě zkoumaný typ vyskytuje extrémně vzácně, snad v 1 z tisíce případů (takže detekce na cca 80. pokus je štěstí…) . Možné je ovšem i to, že naše modely jsou v tomto ohledu nějak nedostatečné. To se uvidí, až dokážeme pomocí detektorů gravitačních vln zachytit stovky srážek černých děr. Pak uvidíme, nakolik byla událost GW200129 výjimečná.
Na výzkumu se mj. dále podíleli lidé z následujících institucí: LIGO Laboratory, Barcelona Institute of Science and Technology, Max Planck Institute for Gravitational Physics, Institute for Gravitational Wave Astronomy, ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery a Scottish Universities Physics Alliance.

Hannam, M., Hoy, C., Thompson, J.E. et al. General-relativistic precession in a black-hole binary. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05212-z
Zdroj: Cardiff University a další

Příslušný jev se také označuje jako Lensův-Thirringův a frame dragging
Strhávání časoprostoru na Wikipedia.cz
Stručně na Glosář Aldebaran
Na Nature byl dokonce článek přístupný, i když se současně tvářil jako placený (zde).
Na UniverseToday (zde) je k jevu animace, subjektivně ovšem ne zrovna srozumitelná.

Poznámka PH: Jak tomu, rozumím, ale možná blbě. Jde o trochu jiný jev než precese oběžné dráhy Merkuru, jejíž vysvětlení bylo právě cca prvním úspěchem obecné relativity?

Cooperovy páry elektronů mají opačné spiny

Cooperovy páry, tedy dvojice elektronů odpovídající za vlastnosti konvenčních supravodičů, mají vždy opačné spiny. Fyzikové …

3 comments

  1. Ano, jedná se o jiný jev. Stáčení dráhy Merkuru je způsobeno zakřivením časoprostoru kolem Slunce, které jeho rotace ovlivňuje zandbatelně (tedy by bylo stejné i kdyby Slunce nerotovalo).

    Kolem extrémně rotujících těles ale dochází k jevu stáčení časoprostoru, který způsobuje, že precese oběžné dráhy obíhajících těles závisí na rotaci centrálnéího tělesa. Čili to je jiný zdroj precese.

    Pěkně popsané to je na Wikipedii: https://en.wikipedia.org/wiki/Kerr_metric

  2. dekuji. no, znejistilo me, kdyz na universe today psali, ze jde o totez. tak uz tento web nebudu pokladat za zdroj stojici za sledovani, neni to prvni pripad.

  3. Tak ona je otázka, co mysleli tím, že jde o totéž. Je to totéž ve smyslu, že je to důsledek OTR který nemá analogii v Newtonově gravitaci. Ale zatímco stáčení perihelia Merkuru vysvětlíte s použitím Schwarczchildovy metriky, k popisu sytému, o kterém je článek, musíte použít Kerrovu metriku (a je otázka, jestli to stačí, pokud i druhá černá díra rychle rotuje, tak to jinak než numerickým modelovním asi nespočítáte).

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