Pomôžu lepšie určiť parametre objektov, ktoré tieto vlny generujú, a tiež predpovedať, či ľudstvu nehrozí nebezpečenstvo z kozmu.
Interakcia čiernych dier či splynutie veľkých kozmických objektov vysiela do vesmíru žiarenie podobné hudobným akordom. Zdroj: Max Isi/NASA/FÚ v Opave.
Opavskí astrofyzici dospeli pri svojom dlhodobom výskume čiernych dier k zaujímavému zisteniu: gravitačné vlny uvoľňované z okolia čiernych dier alebo pri zlučovaní dvoch hmotných telies vo vesmíre sú sprevádzané vlnením, ktoré sa dá prirovnať k akordom hrajúcich hudobných nástrojov. Vlastnosti týchto „akordov“ umožnia fyzikom nielen oveľa lepšie určiť parametre objektov, ktoré tieto vlny generujú, ale tiež predpovedať, či ľudstvu nehrozí nebezpečenstvo z kozmu.
Akordy ako dozvuk kozmickej drámy
Vedcov z Fyzikálneho ústavu v Opave zaujali v priebehu posledných rokov vlastnosti tzv. dozvukov gravitačných vĺn, ktoré sa uvoľňujú z okolia hmotných čiernych dier či pri zlučovaní kompaktných kozmických objektov, napríklad neutrónových hviezd. Ukázalo sa, že súčasťou týchto dozvukov sú aj vyššie harmonické vlny, ktoré sa dajú prirovnať k akordom hrajúcich hudobných nástrojov. „Tieto vyššie harmonické vlny, teda niečo ako kozmické akordy, majú oproti základným vlnám dozvukov gravitačných vĺn vždy trošku iné vlastnosti. A práve výskum týchto odlišností nám môže prezradiť vlastnosti objektov, z ktorých boli gravitačné vlny uvoľnené,“ opisuje profesor Zdeněk Stuchlík, riaditeľ Fyzikálneho ústavu v Opave.
Čierna diera ako hudobný nástroj
Gravitačné vlny sa uvoľňujú tak z kolidujúcich hmotných kozmických objektov, ako aj z čiernych dier samotných. Na tie sa vedci zamerali. „Predstavte si čiernu dieru ako veľký kozmický nástroj, ktorého dozvuky gravitačných vĺn predstavujú tóny symfónie,“ vysvetľuje Dr. Roman Konoplya z Fyzikálneho ústavu v Opave, hlavný autor danej vedeckej práce. „Tieto vibrácie, známe ako kvázinormálne módy, si môžeme predstaviť ako hudobné pozadie, ktoré obohacuje hlavný tón huslí alebo klavíra. Vedci sa tradične sústredili na onen „hlavný tón“, ktorý zostáva relatívne nezmenený. Avšak „tóny“ v pozadí sa ukázali byť oveľa zaujímavejšie,“ dopĺňa Konoplya.
Zlúčenie veľmi hmotných objektov vo vesmíre, napríklad čiernych dier alebo neutrónových hviezd, má za následok uvoľnenie výrazných gravitačných vĺn rôznych frekvenčných módov. Zdroj: Nicole E. Fuller/SPL.
Akordy odhalia nevidené
Najnovší výskum opavských fyzikov odhaľuje, že vlastnosti „kozmických akordov“ sú extrémne citlivé na drobné zmeny v blízkosti horizontu udalostí čiernej diery. Podtóny môžu poskytnúť nový pohľad na geometriu čiernych dier, o ktorých sa predtým predpokladalo, že sú na nerozoznanie od iných vesmírnych objektov, ako sú napríklad teoretické „časopriestorové skratky“, známe ako červie diery. „Pomocou pokročilých modelov sme zistili, že zatiaľ čo hlavný tón zostáva stabilný, tieto vyššie podtóny sa môžu výrazne líšiť s malými zmenami v blízkosti horizontu udalostí. Tento objav sa dá prirovnať k zisteniu, že zvuk každého hudobného nástroja obsahuje jemné podtóny, ktoré odhalia jeho špecifické vlastnosti či nedokonalosti. Sondovanie geometrie čiernej diery blízko horizontu prostredníctvom týchto kozmických akordov je teda zásadné pre pochopenie základnej gravitačnej teórie, ktorá môže zahŕňať opravy Einsteinovej klasickej teórie,“ opisuje dôsledky vedeckej práce Konoplya.
Pozrite si
Budúcnosť v rukách observatória LISA
Súčasné detektory gravitačných vĺn ako LIGO alebo Virgo sú momentálne schopné zaznamenať primárne základný tón kvázinormálnych módov. Budúce prístroje, ako je plánované vesmírne observatórium LISA (Laser Interferometer Space Antenna – projekt NASA a ESA), by však mali mať potenciál zmerať slabé „kozmické akordy“ oveľa lepšie. To vedcom poskytne oveľa presnejší obrázok o doposiaľ nepozorovateľných okrajoch čiernych dier. „Tieto podtóny v blízkosti horizontu udalostí čiernych dier pomôžu vedcom odlíšiť javy vyvolané v hmote obklopujúcej čiernu dieru – napríklad z rozpadajúcej sa hviezdy – od hmoty samotnej čiernej diery. Doteraz mohli vedci vlastnosti čiernych dier na základe ich interakcie s okolitou hmotou len odhadovať, ale kozmické akordy budú hrať zásadnú úlohu pri výskume skutočných charakteristík samotnej čiernej diery,“ sľubuje si od výsledkov výskumu Roman Konoplya.
Vedci v podstate dúfajú, že pozorným „počúvaním“ symfónií kvázinormálnych módov odhalia nové tajomstvá o samotnej štruktúre priestoru a času okolo čiernych dier. Pokrok by nás mohol priviesť o krok bližšie k pochopeniu týchto stále záhadných kozmických objektov i zákonov, ktorými sa riadia.
Dr. Roman Konoplya bol za svoj výskum v oblasti fyziky čiernych dier ocenený Grantovou agentúrou Českej republiky. Foto: Štefan Bajt/SU v Opave.
Cena Grantovej agentúry Českej republiky
Roman Konoplya, ukrajinský fyzik, dlhodobo pôsobiaci vo Fyzikálnom ústave v Opave, bol v roku 2023 ocenený za svoj vedecký prínos Grantovou agentúrou Českej republiky (GAČR). „Získanie Ceny prezidenta Grantovej agentúry Českej republiky za náš projekt pre mňa veľa znamená. Predovšetkým cítim, že naša práca je nesmierne zmysluplná. Potvrdzuje, že náš tím tu v Opave pracuje tvrdo a vkladá do výskumu gravitačnej fyziky a javov v okolí čiernych dier všetok čas a veľké odhodlanie,“ delí sa o svoje pocity vedec. Dodáva, že toto uznanie zdôrazňuje inovatívny prístup, ktorý vyvinuli na pochopenie časopriestoru okolo čiernych dier naprieč rôznymi gravitačnými teóriami, nielen Einsteinovými. „Je naozaj vzrušujúce vidieť, že naše úsilie je v Česku uznávané ako to najlepšie v oblasti prírodných vied, a motivuje nás to naďalej posúvať hranice nášho chápania. Som vďačný za príležitosť, ktorú toto ocenenie poskytuje pre ďalší rozvoj nášho výskumu a jeho potenciálny vplyv na vedecké poznatky v budúcnosti pre celé ľudstvo,“ uzatvára Konoplya.
Zdroj: TS Fyzikální ústav v Opavě
(JM)
