Gravitační observatoř a gravitační vlny. Kredit: University of Birmingham Gravitational Waves Group, Christopher Berry.

Výzkum gravitačních vln je stále v plenkách. Je to sotva pár let, co jsme je poprvé pozorovali pro vědu. Je to velký úspěch, ale zatím ještě spočítáme detekované gravitační vlny na prstech. Proto jsou stále velmi oblíbené a vlivné teoretické výzkumy gravitačních vln, i když někdy bývají hodně extravagantní.

Frans Pretorius. Kredit: Princeton University.

To je případ i nové studie, kterou nedávno pověsili na preprintový server arXiv Frans Pretorius z Princetonu a William East z institutu Perimeter Institute for Theoretical Physics. Studovali gravitační vlny a sledovali, co se stane, když se srazí dvě vlny s pořádnou energií. Naše čerstvá zkušenost zahrnuje kulové (sférické) gravitační vlny, tedy takové, jako když hodíme cihlu do rybníka. Adam Bernau by měl jistě radost. Právě takové gravitační vlny vznikají, když se srazí černé díry nebo neutronové hvězdy.

Pretorius s Eastem ale pracovali s rovinnými gravitačními vlnami a ve svých teoretických rovnicích je pouštěli proti sobě a sráželi je. Takové gravitační vlny vypadají, jako když se valí přílivové vlny. Měly by je vytvářet objekty, které se pohybují rychlostí srovnatelnou s rychlostí světla. Když se takové rovinné gravitační vlny srazí a mají při tom nízké energie, tak se nejspíš nic extra zajímavého nestane. Vlny prostě projdou skrz sebe a odvlní se pryč.

William East. Kredit: Perimeter Institute.

Pokud se ale střetnou rovinné gravitační vlny o vyšších energiích, je to podle Pretoriuse a Easta mnohem zajímavější. Takové vlny doprovází výrazné zakřivení časoprostoru a po srážce se časoprostor může zabalit do sebe. Vcucne se do černé díry. Simulace takové události ukazují, že 85 procent původní energie v gravitačních vlnách se překlopí do černé díry. Zbývajících 15 procent energie se po srážce vyzáří do okolí v podobě kulových gravitačních vln, mnohem slabších než původní gravitační vlny.

Detekované gravitační vlny, ke dni 27. září 2017. Kredit: LIGO/Caltech/MIT/LSC.

Mohlo by se něco takového stát? Mohly by třeba takové gravitační vlny udělat černou díru a zničit tím Zemi? Jestli mají Pretorius a East pravdu, tak teoreticky zřejmě ano. Stvoření černé díry by ale vyžadovalo gravitační vlny tak nesmírně nadupané energií, že jsme zatím nic podobného neviděli, ani z veliké dálky. Gravitační observatoře LIGO a VIRGO detekují gravitační vlny, které zavlní prostorem jenom nesmírně maličko. A to pocházejí ze srážek macatých černých děr (plus neutronových hvězd – a to také nejsou právě drobci).

Detekované gravitační vlny stlačí časoprostor jen o zlomek rozměru atomu. Aby při srážce rovinných gravitačních vln vznikla černá díra, tak by vlny musely mít takovou energii, že by stlačovaly a opět roztahovaly časoprostor o celé kilometry. Pokud by někdo chtěl takovou gravitační vlnu vytvořit a měl k dispozici technologii srovnatelnou se špičkovými přístroji dneška, tak by potřeboval urychlovač částic, který by byl delší než Sluneční soustava. Pokud nedojde k zásadnímu technologickému průlomu, jaký si dnes ani neumíme představit, tak se s podobnými gravitačními vlnami, schopnými stvořit černou díru, nesetkáme. Země je (opět) zachráněna.

Video: Frans Pretorius: 2017 Breakthrough Prize Laureate

Video: Gravitational waves: A new window into the universe - William East


Literatura
New Scientist 23. 8. 2018, arXiv:1807.11562.