Fyzikové navrhují použít naši nejbližší hvězdu k vyřešení téměř sto let staré záhady. Pomocí Slunce bychom mohli ověřit jednu z posledních předpovědí obecné teorie relativity, kterou se nepodařilo prokázat.
Ačkoliv je obecná teorie relativity stará už téměř sto let, pořád ještě ji nic nenahradilo. Je to nejlepší popis gravitace, jaký mají fyzikové k dispozici. Zachází s touto všeprostupující silou jako s geometrickou vlastností prostoru, respektive jeho křížence s časem, časoprostoru. Mimo jiné tvrdí, že by se časoprostorem měl šířit rychlostí světla zvláštní druh poruch, označovaný jako gravitační vlny. Měly by vzdáleně připomínat vlny, jaké vzniknou, když hodíte kamen do rybníka, až na to že místo vody se při jejich šíření vlní sám prostor.
Vlnění by se mělo projevovat pravidelným zkracováním a prodlužováním vzdáleností. Ačkoliv se vědci snaží gravitační vlny najít už dlouho, musí se zatím spokojit jen s nepřímými důkazy jejich existence.
Vlny by měla vyzařovat tělesa obíhající kolem jiných těles, jako třeba Měsíc kolem Země. Jejich vyzařováním by měla ztrácet energii, což by se mělo projevovat postupným zkracováním vzdálenosti a zpomalováním doby oběhu. Pro pár Země-Měsíc je ale takové zkracování neměřitelné. Dá se ale měřit u dvojic velmi hmotných a kompaktních těles, jako jsou neutronové hvězdy a černé díry.
Kde jsou?
Povedlo se to už mnohokrát. Jenže když vědci zachytí zpomalení, neznamená to ještě, že zachytili hledané gravitační vlny. Zpomalení je jen jejich důsledek. Obecná teorie relativity by také mohla být špatně a zpomalení by mohlo mít jiné vysvětlení. Lepší by bylo vlny pozorovat přímo. To se zatím, přes spoustu času, práce a peněz vložených do důmyslných detektorů, jako byl třeba americký experiment LIGO, nikomu nepodařilo.
Ilidio Lopes z Lisabonské univerzity a Joseph Silk z Oxfordské univerzity teď navrhují použít jako detektor vln nejbližší hvězdu, Slunce. Jako ostatní hvězdy je to koule žhavého plazmatu. Jeho poloměrem čítá 696 342 kilometrů, což je 109krát víc než poloměr Země. Ve sluneční hmotě se šíří zvukové vlny, za které může především turbulence při tepelném míchání žhnoucího materiálu.
Dají se pozorovat pomocí sond, například aparátu SOHO, který už osmnáct let visí v Lagrangeově bodu mezi Zemí a Sluncem (Vy si je můžete prohlédnout a poslechnout na videu výše.). Lagrangeovy body jsou pozice mezi Sluncem a Zemí, do které když umístíte nějaké malé těleso, zůstane vůči oběma pořád ve stejné pozici. Pokud skrz hvězdu procházejí i gravitační vlny, měly by zvukové vlny ovlivňovat.
Nejcitlivější čidlo
Zvukové vlnění způsobuje deformace povrchu hvězdy. Gravitační vlny by je měly posilovat. Velikost tohoto posilování by měla záviset na jejich amplitudě a frekvenci. Lopes a Silk spočítali jak. Mohlo by to v budoucnu vést k objevení dalšího důkazu existence gravitačních vln. Největší výhoda Slunce coby jejich detektoru spočívá v jeho velikosti. Bez obtíží překoná už jednou neúspěšný, nyní vylepšovaný detektor LIGO. Tvoří ho dvě stejné aparatury vzdálené 3002 kilometrů.
Každá z nich se skládá ze dvou betonových rovných profilů na povrchu země, dlouhých čtyři kilometry. Profily svírají pravý úhel. Uvnitř je vakuum. Laserové paprsky by měly měřit zkracování a prodlužování rozměrů ramen způsobené gravitačními vlnami.
Observatoře fungovaly deset let, aniž by se jim podařilo vlny zachytit. Momentálně prochází rekonstrukcí, po níž by měly být ještě citlivější.
Fyzikové plánují také observatoř umístěnou v kosmickém prostoru jménem eLISA. Předběžné datum jejího zprovoznění je však až rok 2034. Slunce je však podle výpočtů Lopese a Silka ještě stokrát citlivější. Proto je možné, že eLISA nebude potřeba. Dřív budou ale vědci muset ještě lépe porozumět pohybům a vlnění sluneční hmoty. Jen tak bude možné spolehlivě odlišit působení gravitačních vln od jiných jevů v útrobách nejbližší hvězdy.
