Pulsar s bílým trpaslíkem. Kredit: NRAO / AUI / NSF.

Vesmír je naprosto fascinující, ale také nevypočitatelný. Ničím si nemůžete být úplně jistí. Astrofyziky už například dlouho trápí otázka, jestli je gravitační síla všude v prostoru i v čase stejná. Zní to bláznivě, ale vesmír se neustále vyvíjí, mění a kdyby se gravitační síla byť jen trošku měnila v různých oblastech vesmíru anebo v jeho různých obdobích, na naše chápání vesmíru a teorie o jeho fungování by to mělo zásadní vliv. Podle nové studie se ale nemáme čeho bát.

Wei Wei Zhu. Kredit: W. Zhu

Weiwei Zhu z Univerzity v Britské Kolumbii a Max Planckova institutu pro radioastronomii a jeho kolegové použili radioteleskopy Green Bank v Západní Virginii a Arecibo v Portoriku, aby s jejich pomocí po dlouhých 21 let přesně měřili vytrvalé tikání pulsaru PSR J1713+0747. Jejich volba nebyla náhodná, J1713+0747 je jedním z nejstabilnějších pulsarů ve známém vesmíru. Náročný výzkum nakonec přinesl nejpřesnější měření gravitační konstanty z prostředí mimo Sluneční soustavu.

Pulsary jsou nesmírně malé, šíleně rychle rotující a nepředstavitelně husté pecky, které zbyly po explozi menších supernov. Vysílají k nám rádiové pulzy v pravidelných intervalech a vzhledem ke svým vlastnostem mohou být obdivuhodně přesné. Některé pulsary udržují své tikání s přesností, která se směle vyrovná nejlepším atomovým hodinám na Zemi. Proto jsou pulsary nejen fascinující objekty k pozorování, ale také představují unikátní kosmické laboratoře, ve kterých lze studovat zásadní otázky prostoru, času a gravitace.

Radioteleskop Green Bank. Kredit: NRAO / AUI / NSF.

Dotyčný pulsar je vzdálený od Země zhruba 3 750 světelných let. Jeho hvězdným společníkem je bílý trpaslík, s nímž se oběhne zhruba za 68 dní. To znamená, že mají mezi sebou poměrně velký odstup, což je výborné pro výzkum gravitace. Vyzařování gravitačních vln má v takovém případě totiž jen zcela nepatrný vliv na oběžnou dráhu pulsaru. Mimo to, pulsar J1713+0747 je nejenom jedním z nejpřesnějších, ale také jedním z nejjasnějších pulsarů, což ho samozřejmě také předurčuje k astrofyzikálnímu výzkumu.

Radioteleskop Arecibo. Kredit: H. Schweiker / WIYN & NOAO / AURA / NSF.

Vhodnost hvězdných systémů s pulsarem k důkladnému testování obecné relativity potvrzuje i Pavel Bakala, odborník na obecnou teorii relativity a chování hmoty a záření v blízkosti černých děr a neutronových hvězd, z Ústavu fyziky Filozoficko-přírodovědecké fakulty Slezské univerzity v Opavě. Ve hře je podle něj vícero testovatelných kandidátů na nástupce obecné teorie relativity, jeden zajímavější než druhý.

Pavel Bakala. Ústav fyziky, SLU.

A jak to dopadlo? Data naměřená pozorováním pulsaru J1713+0747 potvrzují, že gravitační konstanta je doopravdy konstantní i v jiném koutě Mléčné dráhy. Před časem proběhl podobný výzkum ve Sluneční soustavě, který byl založen na laserových měřeních vzdálenosti Země‑Měsíc a dospěl ke stejným závěrům. Pulsar J1713+0747 je vlastně v docela blízké oblasti Mléčné dráhy, i tak je ale fajn vědět, že tam gravitace funguje stejně jako u nás.

Proč tolik povyku kolem gravitace? Některé extravagantní teorie gravitace, které se snaží konkurovat Einsteinovské obecné relativitě, totiž předpovídají, že mohou existovat zvláštní období anebo místa, kde by se gravitace chovala jinak, než jak jsme zvyklí. Zhu a spol. teď těmto teoriím sešněrovali parametry, jimiž jsou popsané. Není tím zatím řečeno, že by vůbec nemohly fungovat, ale jejich životní prostor se zúžil. Každopádně stále vládne obecná relativita a zatím vše nasvědčuje tomu, že gravitační konstanta je univerzální v čase i prostoru.



Video: Detecting Gravitational Waves with NANOGrav/IPTA Pulsars: The Astrophysics of Precision Timing




Literatura
NRAO News 6. 8. 2015, arXiv:1504.00662 , Astrophysical Journal 809: 41, Wikipedia (Gravitational constant).