Simulace srážky neutronových hvězd za hranicemi obecné relativity. Kredit: Miguel Bezares / GRAMS group SISSA.

Asi tak století vládne ve fyzice obecná relativita. Einstein by byl pyšný. Je velice úspěšná v popisu gravitace u všech možných situací, od nudných až po ty velice extrémní. Čelí více testům než nejméně oblíbení studenti a přesto zatím vždy obstála se ctí. Život jí komplikují kosmologové, podle kterých obecná relativita sama o sobě nestačí na vysvětlení šokujícího zrychlování rozpínání vesmíru.

Enrico Barausse. Kredit: SISSA.

Aby vědci mohli vysvětlit, proč se vesmír nejen rozpíná, ale ještě navíc jeho rozpínání zrychluje, jak se zdá z našich pozorování, museli zavést do kosmologických modelů temné komponenty. A jak se říká, kdo se zaplete s přízraky, toho čekají problémy. V posledních letech nás dusí především dva takové přízraky – temná hmota a temná energie. Pokud jde o temnou hmotu, v jejím případě fyzici vítězoslavně oznamují, když se jim povede prokázat, že zřejmě opravdu existuje. A temná energie? Darmo mluvit…

Astrofyzik Enrico Barausse z italského institutu SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati) a jeho kolegové patří k těm, kdo existenci temné energie zpochybňují. Podle Barausseho může být temná energie pouhou iluzí. Pozorované zrychlování rozpínání vesmíru prý může být důsledkem doposud neznámých modifikací obecné relativity, čili jak tomu Barausse říká, „temnou gravitací“.

Barausse a spol. jsou přesvědčeni, že by nám tuto hypotézu mohly prověřit srážky neutronových hvězd. Tyto extrémní oharky explozí supernov, které mívají průměr jen kolem 20 kilometrů a zároveň hmotu tak 1-2 Sluncí, obklopuje exotická gravitace s exotickým časoprostorem, který tato gravitace tvaruje. Natož když se setkají dva takové objekty. Jak říká Barausse, v tomto případě extrémní gravitace a časoprostor během srážky neutronových hvězd přispívají ke tvorbě hojných gravitačních vln. Jejich analýzy by mohly objasnit, jak je to s temnou gravitací.

Logo. Kredit: SISSA.

Barausseho tým vyvinul impozantní matematické a výpočetní úsilí a vytvořil první simulaci splynutí neutronových hvězd, založenou na teoriích za hranicemi obecné relativity, které usilují o zrušení fenoménu temné energie. Jak podotýkají autoři studie, tyto simulace jsou velice náročné, protože jde o problém vysoce nelineární povahy. Výpočetní nároky byly brutální. Simulace musely běžet na superpočítačích celé měsíce a vyžadovaly zavedení nových matematických postupů.

Výsledky simulací ovšem byly, řekněme, překvapující. Ukázalo se, že hypotéza temné gravitace vysvětluje pozorování gravitačních vln ze srážky neutronových hvězd gravitačními observatořemi LIGO a Virgo stejně dobře jako obecná relativita. Reálné rozdíly v gravitačních vlnách mezi temnou gravitací a obecnou relativitou by snad mohly detekovat příští generace gravitačních observatoří.

Video: Enrico Barausse - Black holes in Lorentz violating gravity

Literatura

SISSA 3. 3. 2022.

Physical Review Letters 128: 091103.