Černé díry vyhrávají do vesmíru „kosmickými akordy“, zjistili opavští fyzikové

Autor: Interakce černých děr či splynutí velkých kosmických objektů vysílá do vesmíru záření podobné hudebn
Astrofyzikální PRogresy z Opavy: Opavští astrofyzikové při svém dlouhodobém výzkumu černých děr došli k zajímavému zjištění: gravitační vlny uvolňované z okolí černých děr nebo při slučování dvou hmotných těles ve vesmíru je doprovázeno vlněním, které se dá přirovnat k akordům hrajících hudebních nástrojů. Vlastnosti těchto „akordů“ umožní fyzikům nejen mnohem lépe určit parametry objektů, které tyto vlny generují, ale také předpovědět, zda lidstvu nehrozí nebezpečí z kosmu.
Akordy jako dozvuk kosmického dramatu
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. 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.
Autor: Nicole E. Fuller/SPL
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.
Cena Grantové agentury České republiky
Autor: Štěpán Bajt/SU v Opavě
Kontakty a další informace:
Roman Konoplya, Ph. D.
Vědecký pracovník Fyzikálního ústavu v Opavě
Email: roman.konoplya@physics.slu.cz
prof. RNDr. Zdeněk Stuchlík, CSc.
Ředitel Fyzikálního ústavu SU v Opavě
Email: zdenek.stuchlik@physics.slu.cz
Bc. Klára Jančíková
Sekretariát ředitele Fyzikálního ústavu v Opavě
Email: klara.jancikova@slu.cz
Telefon: +420 553 684 267
Bc. Lucie Dospivová
Referát pro vnější vztahy SÚ v Opavě
Email: lucie.dospivova@physics.slu.cz
Telefon: +420 553 684 214
Mgr. Petr Horálek
PR výstupů evropských projektů FÚ SU v Opavě
Email: petr.horalek@slu.cz
Telefon: +420 732 826 853
Původní vědecké práce:
[1] https://arxiv.org/abs/2312.16249 (oceněná Grantovou agenturou ČR)
[2] https://arxiv.org/abs/2303.01987
[3] https://arxiv.org/abs/2206.14714
Související tiskové zprávy:
[1] Astrofyzikové ze Slezské univerzity pátrají po červích dírách
[2] Jak poznat červí díru? Fyzikové z Opavy navrhují, po čem má Webb pátrat
[3] Záhadné záření přivádí opavské fyziky k úvahám o paralelních vesmírech
[4] Opavští fyzikové patří mezi světovou špičku ve výzkumu černých děr
Seriál
- Úřad NASA publikoval snímek opavské univerzity
- Poselství civilizacím z centra Galaxie
- Astrofyzikové ze Slezské univerzity pátrají po červích dírách
- Již druhý snímek opavské univerzity uspěl v NASA
- Zapojte se s opavskými fyziky do hledání tajemné látky ve vesmíru. Postačí chytrý telefon!
- Češi zrekonstruovali slavný záběr „Einsteinova“ zatmění Slunce. Snímek byl oceněn i v NASA
- Záhady fyziky hvězd pomáhá v Opavě řešit dalekohled „WHOO!“
- Opavští fyzikové patří mezi světovou špičku ve výzkumu černých děr
- Opavští fyzikové studují, jak ochránit lidstvo před nebezpečným zářením černých děr a využít jej v jeho prospěch
- Záhadné záření přivádí opavské fyziky k úvahám o paralelních vesmírech
- Dokumentární film „Do Chile za zatměním Slunce“
- Jak poznat červí díru? Fyzikové z Opavy navrhují, po čem mají pátrat pozemské observatoře i Vesmírný dalekohled Jamese Webba
- V Opavě vystoupí možný laureát Nobelovy ceny. Přednášet bude o vzniku snímků černých děr
- Kosmický teleskop ATHENA prověří jevy v okolí černých děr předpovězené fyziky v Opavě
- Pozorování kosmického záření pomůže předpovídat zemětřesení na Zemi, tvrdí opavský vědec
- Doktorandka z Fyzikálního ústavu v Opavě spolupracuje s vědci ve slavné laboratoři Los Alamos
- Kolize černých děr pomáhají studentce Fyzikálního ústavu v Opavě ověřit nové teorie gravitace
- Černé díry vyhrávají do vesmíru „kosmickými akordy“, zjistili opavští fyzikové
- Na neutronových hvězdách mohou vznikat polární záře, zjistili opavští fyzikové