Černé díry vyhrávají do vesmíru podle fyziků zvláštními kosmickými akordy

Vlastnosti těchto „akordů“ umožní fyzikům nejen mnohem lépe určit parametry objektů, které tyto vlny generují, ale také podle webu Astrofyzikální ProGResy předpovědět, zda lidstvu nehrozí nebezpečí z kosmu.

Vědce z Fyzikálního ústavu v Opavě v průběhu posledních let zaujaly vlastnosti tzv. dozvuků gravitačních vln, které se uvolňují z okolí hmotných černých děr či při slučování kompaktních kosmických objektů, například neutronových hvězd.

Související

Martin Pokorný

Přímo před zraky astronomů se v souhvězdí Panny…

Martin Pokorný

Záhady vesmíru budou jako na dlani, poslední segment…

Ukázalo se, že součástí těchto dozvuků jsou i vyšší harmonické vlny, které se dají přirovnat k akordům hrajících hudebních nástrojů.

„Tyto vyšší harmonické vlny, tedy něco jako kosmické akordy, mají oproti základním vlnám dozvuků gravitačních vln vždycky trošku jiné vlastnosti. A právě výzkum těchto odlišností nám může prozradit vlastnosti objektů, ze kterých byly gravitační vlny uvolněny,“ popisuje prof. Zdeněk Stuchlík, ředitel Fyzikálního ústavu v Opavě.

Černá díra jako hudební nástroj

Gravitační vlny se uvolňují jak z kolidujících hmotných kosmických objektů, tak i z černých děr samotných. Na ty se vědci zaměřili. „Představte si černou díru jako velký kosmický nástroj, jehož dozvuky gravitačních vln představují tóny symfonie,“ vysvětluje Dr. Roman Konoplya z Fyzikálního ústavu v Opavě, hlavní autortéto vědecké práce.

„Tyto vibrace, známé jako kvazinormální módy, si můžeme představit jako hudební pozadí, který obohacuje hlavní tón houslí nebo klavíru. Vědci se tradičně soustředili na onen „hlavní tón“, který zůstává relativně nezměněn. Ovšem „tóny“ v pozadí se ukázaly být mnohem zajímavější,“ doplňuje Konoplya.

Akordy odhalí neviděné

Nejnovější výzkum opavských fyziků odhaluje, že vlastnosti těchto „kosmických akordů“ jsou extrémně citlivé na drobné změny v blízkosti horizontu událostí černé díry. Tyto podtóny mohou poskytnout nový pohled na geometrii černých děr, o kterých se dříve předpokládalo, že jsou k nerozeznání od jiných vesmírných objektů, jako jsou například teoretické „časoprostorové zkratky“ známé jako červí díry.

„Pomocí pokročilých modelů jsme zjistili, že zatímco hlavní tón zůstává stabilní, tyto vyšší podtóny se mohou výrazně lišit s malými změnami v blízkosti horizontu událostí. Tento objev se dá přirovnat zjištění, že zvuk každého hudebního nástroje obsahuje jemné podtóny, které odhalí jeho specifické vlastnosti či nedokonalosti. Sondování geometrie černé díry blízko horizontu prostřednictvím těchto kosmických akordů je tedy zásadní pro pochopení základní gravitační teorie, která může zahrnovat opravy Einsteinovy ​​klasické teorie,“ popisuje důsledky vědecké práce Konoplya.

Budoucnost v rukách observatoře LISA

Současné detektory gravitačních vln jako LIGO nebo Virgo jsou momentálně schopny zaznamenat primárně základní tón kvazinormálních módů. Budoucí přístroje, jako je plánovaná vesmírná observatoř LISA (Laser Interferometer Space Antenna – projekt NASA a ESA), by však měly mít potenciál změřit tyto slabé „kosmické akordy“ mnohem lépe.

To vědcům poskytne mnohem přesnější obrázek o doposud nepozorovatelných okrajích černých děr. „Tyto podtóny v blízkosti horizontu událostí černých děr pomohou vědcům odlišit jevy vyvolané v hmotě obklopující černou díru – například z rozpadající se hvězdy – od hmoty samotné černé díry.  Doposud vědci vlastnosti černých mohli jen odhadovat na základě jejich interakce s okolní hmotou, ale ony kosmické akordy budou hrát zcela zásadní roli při výzkumu skutečných charakteristik samotné černé díry,“ slibuje si od výsledků výzkumu Roman Konoplya.

Vědci v podstatě doufají, že pozorným „nasloucháním“ symfonii kvazinormálních módů odhalí nová tajemství o samotné struktuře prostoru a času kolem černých děr. Tento pokrok by nás mohl přivést o krok blíže k pochopení těchto stále záhadných kosmických objektů i zákonů, jimiž se řídí.

Zdroj: Astrofyzikální ProGResy z Opavy, LISA