Domov
Novinky
Projekt
Archív ?lánkov
Optimaliz√°cia
N√°vody
Galéria
Stiahnite si
Odkazy
Diskusné fórum
Fórum - archív
Vyh¬ĺad√°vanie
TO-DO
Kontakt

BOINC.SK


Od 1.1.2002


Astronomickż
snŪmok
dÚa

APOD






Page Rank
 
 
Einstein@Home a veci s√ļvisiace 2/3:
O neutr√≥nov√Ĺch hviezdach, gravit√°cii a kozmol√≥gii.


Po osvetlen√≠ p√īvodu p√°chate¬ĺov sa teraz pozrime podrobnejŇ°ie aj na samotn√© gravita√®n√© vlny a ich vz√°jomn√Ĺ s√ļvis, a na ich v√Ĺznam pre fyziku a pochopenie vesm√≠ru. Ako som uŇĺ na√®rtol, bieli trpasl√≠ci, neutr√≥nov√© hviezdy a √®ierne diery s√ļ nevyhnutn√Ĺmi z√°vere√®n√Ĺmi Ň°t√°diami v√Ĺvoja hviezd. ŇĹiadna sa tomu nevyhne (vynechajme teraz pre jednoduchos¬Ě detaily typu hned√≠ trpasl√≠ci, ktor√≠ nie s√ļ prav√Ĺmi hviezdami). Z toho plynie, Ňĺe ich uŇĺ v priebehu trvania vesm√≠ru vzniklo obrovsk√© mnoŇĺstvo (moment√°lne v priemere vo vesm√≠re vznik√° a existuje uŇĺ tretia gener√°cia hviezd, √®iŇĺe dneŇ°n√© hviezdy s√ļ vnuci prvotn√Ĺch hviezd, ke√ĮŇĺe mra√®n√°, z ktor√Ĺch sa s√ļ√®asn√© hviezdy stvorili obsahovali uŇĺ aj ¬ĚaŇĺk√© prvky z predt√Ĺm vybuchnut√Ĺch supernov). MoŇĺno viete, ale v√§√®Ň°ina hviezd neŇĺije sama (podobne ako ¬ĺudia), a tvoria viachviezdne syst√©my, v√§√®Ň°inou (tieŇĺ podobne ako ¬ĺudia) dvojhviezdne syst√©my. Preto nie je ve¬ĺmi zriedkav√©, ke√Į pozorujeme aj p√°r Ňĺiv√° hviezda-m√†tva hviezda, pr√≠padne dokonca aj m√†tva hviezda-m√†tva hviezda. Prv√Ĺ pr√≠pad sa prejavuje t√Ĺm, Ňĺe v√§√®Ň°inou m√†tva hviezda gravita√®ne ‚Äěcucia‚Äú hmotu zo svojej s√ļputn√≠√®ky (nepripom√≠na v√°m aj toto niektor√© ¬ĺudsk√© dvojice? :-), t√°to hmota po Ň°pir√°le postupne pad√° na m√†tvu hviezdu (a vznik√° tzv. akr√©√®ny disk), pri√®om v tomto disku s√ļ √®astice ur√Ĺch¬ĺovan√© (za vhodn√Ĺch podmienok, napr. existenciou magnetick√©ho po¬ĺa a r√Ĺchlej rot√°cie) aŇĺ takmer na sveteln√© r√Ĺchlosti, a m√īŇĺu vyŇĺarova¬Ě Ňĺiarenie v √ļzkom kuŇĺeli okolo osi rot√°cie hviezdy. Ke√ĮŇĺe bieli trpasl√≠ci s√ļ predsa len eŇ°te st√°le trocha ‚Äěve¬ĺk√Ĺ‚Äú, efekt extr√©mneho ur√Ĺch¬ĺovania hmoty sa prejavuje hlavne pri neutr√≥nov√Ĺch hviezdach (priemer cca desa¬Ě kilometrov) a √®iernych dierach. Neutr√≥nov√© hviezdy navyŇ°e extr√©mne r√Ĺchlo rotuj√ļ (aŇĺ nieko¬ĺkostokr√°t za sekundu) aj so svojim neskuto√®ne siln√Ĺm magnetick√Ĺm po¬ĺom, takŇĺe tak√Ĺto kuŇĺe¬ĺ Ňĺiarenia rotuje spolu s nimi a funguje ako ‚Äěmaj√°k‚Äú, ktor√Ĺ do okolit√©ho vesm√≠ru vysiela sign√°l. Pre predstavu ‚Äď magnetick√© pole neutr√≥novej hviezdy je tak siln√© (mili√≥ny miliardkr√°t silnejŇ°ie ako magnetick√© pole Zeme), Ňĺe keby ste sa nach√°dzali v jej bl√≠zkosti tak aj keby sme ‚ÄězruŇ°ili‚Äú gravita√®n√© vplyvy, samotn√© magnetick√© pole by v√°s okamŇĺite zabilo t√Ĺm, Ňĺe by v√°m vytrhalo at√≥my Ňĺeleza z vaŇ°ich √®erven√Ĺch krviniek. Pozemsk√© ur√Ĺch¬ĺova√®e (vr√°tane LHC) s√ļ len detskou hra√®kou v porovnan√≠ s t√Ĺm, √®o dok√°Ňĺe s √®asticami urobi¬Ě magnetick√© pole neutr√≥novej hviezdy... Ale vr√°¬Ěme sa ku kuŇĺe¬ĺu vyŇĺarovan√©ho Ňĺiarenia - ak kuŇĺe¬ĺ n√°hodou pret√≠na Zem, m√īŇĺme pozorova¬Ě pravideln√© blikanie, pulzovanie ‚Äď tzv. pulzar, o ktorom bola re√® na za√®iatku tohto √®l√°nku. TakŇĺe nenechajte sa m√Ĺli¬Ě rozdielnymi pojmami ‚Äěpulzar‚Äú a ‚Äěneutr√≥nov√° hviezda‚Äú ‚Äď kaŇĺd√Ĺ pulzar je iba vzh¬ĺadom na Zem vhodne nato√®enou neutr√≥novou hviezdou s akr√©√®nym diskom, ktor√Ĺ vyŇĺaruje Ňĺiarenie. Prv√Ĺ pulzar objavila jedna Ň°tudentka v roku 1967 a vtedy bol ich zdroj nazvan√Ĺ LGM (‚ÄěLittle Green Men‚Äú ‚Äď mal√≠ zelen√≠ muŇĺ√≠ci, ke√ĮŇĺe tak pravideln√© impulzy sa dovtedy z vesm√≠ru nikdy nepozorovali), aŇĺ potom sa naŇ°lo vysvetlenie tohto zv√°Ň°tneho √ļkazu tak ako som v√°m ho tu pop√≠sal. Dnes uŇĺ pozn√°me cca 1400 pulzarov. [Katal√≥g pulzarov n√°jdete napr. na http://www.atnf.csiro.au/research/pulsar/psrcat/. ]

Zauj√≠mav√ļ vec urobili astron√≥movia z Jodrell Bank Observatory, ktor√≠ previedli sign√°l z niektor√Ĺch pulzarov do zvukovej podoby (jedna oto√®ka pulzaru ‚Äď jeden ‚Äěblik‚Äú ‚Äď je jeden kr√°tky zvukov√Ĺ sign√°l). Vypo√®ujte si ich. Pri po√®√ļvan√≠ nasledovn√Ĺch z√°znamov si treba uvedomi¬Ě, Ňĺe po√®ujeme r√Ĺchlos¬Ě rot√°cie telesa ve¬ĺk√©ho desa¬Ě kilometrov a ¬ĚaŇĺk√©ho ako jedenapol n√°Ň°ho Slnka! NaŇ°a Zem sa oto√®√≠ len raz za 24 hodin, takŇĺe si to porovnajte a sk√ļste si to po√®as po√®√ļvania aj predstavi¬Ě: Toto je zvuk star√©ho pulzaru, ktor√Ĺ uŇĺ ve¬ĺa energie vyŇĺiaril (na tvorbu sign√°lov ale aj gravita√®n√Ĺmi vlnami) Toto je r√Ĺchlos¬Ě rot√°cie stredne r√Ĺchleho pulzaru, ktor√Ĺ je mladŇ°√≠ ako predch√°dzajuci. Teraz pozor, toto uŇĺ je zvuk najzn√°mejŇ°ieho pulzaru v Krabej hmlovine, o ktorom bude eŇ°te re√® v tretej √®asti tohto √®l√°nku. Ten m√° len tis√≠c rokov (vznikol v roku 1054 ‚Äď to vieme lebo √®√≠nski astron√≥movia pozorovali v√Ĺbuch supernovy pri ktorom vznikol) a preto je uŇĺ dos¬Ě r√Ĺchly. A teraz pozor na uŇ°i ‚Äď toto je zvuk najr√ĹchlejŇ°ieho zn√°meho pulzaru ‚Äď t√°to desa¬Ěkilometrov√° gu¬ĺa o hmotnosti prevyŇ°uj√ļcej hmotnos¬Ě n√°Ň°ho Slnka sa oto√®√≠ 642 (Ň°es¬ĚstoŇ°tyridsa¬Ědva) kr√°t za jednu jedin√ļ sekundu! Naozaj extr√©mna r√Ĺchlos¬Ě, povrch tohto pulzaru sa v√Įaka takejto rot√°cii pohybuje jednou sedminou r√Ĺchlosti svetla (cca stop√§¬Ědesiat mili√≥nov km/hod), takŇĺe viete si predstavi¬Ě silu gravit√°cie ke√Į to hviezdu neroztrh√° na kusy! (ve√Į si to porovnajte s t√Ĺm, ako v√°s odstrediv√° sila tla√®√≠ napr. na stenu auta v prudkej z√°krute ‚Äď a to nejdete r√Ĺchlos¬Ěou 150 mili√≥nov km/hod)

Ale vr√°¬Ěme sa k t√©me - takŇĺe tak√Ĺto maj√°k je v√Ĺborn√Ĺm sign√°lom pre astrofyzikov ‚Äď hovor√≠ n√°m ‚Äěpozor, som tu, neutr√≥nov√° hviezda ktor√° od svojho s√ļputn√≠ka nas√°va hmotu, pozrite sa na m√≤a, pretoŇĺe pr√°ve ja vysielam aj gravita√®n√© vlny!‚Äú. TakŇĺe preto n√°s zauj√≠maj√ļ pr√°ve pulzary, na ktor√© sa zameraj√ļ aj observat√≥ri√° LIGO v Spojen√Ĺch Ň°t√°toch a GEO 600 v Nemecku, z ktor√Ĺch √ļdaje budete vo vaŇ°ich po√®√≠ta√®och analyzova¬Ě, a takisto aj podobn√© pr√≠stroje po svete - TAKA v Japonsku, UWA v Austr√°lii, VIRGO v Taliansku a chystan√° LISA vo vesm√≠re (spolupr√°ca ESA a NASA).

No dobre, poviete si, ale pre√®o pr√°ve pulzary s√ļ tak√Ĺm dobr√Ĺm zdrojom gravita√®n√Ĺch v√•n? Odpove√Į je jednoduch√° a troŇ°ka uŇĺ vypl√Ĺva aj z toho √®o som uŇĺ nap√≠sal ‚Äď ke√ĮŇĺe neutr√≥nov√° hviezda m√° ve¬ĺk√ļ hmotnos¬Ě a extr√©mne mal√Ĺ polomer, v jej okol√≠ existuje uŇĺ ve¬ĺmi siln√© zakrivenie priestoro√®asu. √ąiŇĺe priestoro√®as je silne zvlnen√Ĺ, a ako aj ‚Äězdrav√Ĺ rozum‚Äú hovor√≠, kaŇĺd√© zakrivenie vyvol√°va n√°sledne ‚Äěvlny‚Äú. T√°to anal√≥gia sa moŇĺno zd√° primit√≠vna, ale naozaj funguje a nie je √Įaleko od reality. TakŇĺe ak si √®asopriestor predstavujete ako ve¬ĺk√ļ napr. gumenn√ļ plochu rozprestret√ļ cez cel√Ĺ vesm√≠r, ktor√° sa preh√Ĺba a zoh√Ĺba pod hmotn√Ĺmi telesami, tak vaŇ°a predstava nie je o ni√® horŇ°ia ako predstava fyzikov. Vlastne si dovol√≠m tvrdi¬Ě, Ňĺe je presne rovnak√°. TakŇĺe ‚Äď ak sa dostato√®ne ¬ĚaŇĺk√© a mal√© teleso, ktor√© silne zakrivuje priestoro√®as (preh√Ĺba gumenn√ļ plochu) eŇ°te aj pohybuje okolo bl√≠zkej hviezdy (obieha), vznikaj√ļ z toho gravita√®n√© vlny, ktor√© sa Ň°√≠ria priestoro√®asom pre√®. A my ich m√īŇĺeme zachyti¬Ě.

OvŇ°em, ke√ĮŇĺe sa hovor√≠ Ňĺe lepŇ°ie raz vidie¬Ě ako stokr√°t po√®u¬Ě (√®i √®√≠ta¬Ě), pozrite si nasleduj√ļce n√°zorn√© anim√°cie (mpeg, 3 MB) dvojice neutr√≥nov√° hviezda ‚Äď pulzar (pre t√Ĺch z v√°s, ktor√≠ si tento √®l√°nok √®√≠taj√ļ napr. doma a m√°te pomalŇ°ie pripojenie na internet, pozrite si tieto anim√°cie spracovan√© a teda pam√§¬Ěovo menej n√°ro√®n√© priamo z n√°Ň°ho webu: anim√°cia1, anim√°cia2). Pulzar vysiela v √ļzkom kuŇĺeli vysokoenergetick√© Ňĺiarenie do okolia, ktor√© ‚Äď ak kuŇĺe¬ĺ pret√≠na Zem ‚Äď m√īŇĺme registrova¬Ě ako ve¬ĺmi pravideln√© impulzy. Druh√° neutr√≥nov√° hviezda v tejto konkr√©tnej simul√°cii nevyŇĺaruje Ňĺiadne tak√©to Ňĺiarenie (ale pozn√°me uŇĺ aj tak√© pr√≠pady). Priestoro√®as je zn√°zornen√Ĺ ako ‚Äěgumenn√° sie¬Ě‚Äúna ktorej obe hviezdy obiehaj√ļ okolo spolo√®n√©ho centra, pri√®om vyŇĺaruj√ļ gravita√®n√© vlny do okolia. T√Ĺm p√°dom str√°caj√ļ pomaly energiu a √®oraz viac sa k sebe pribliŇĺuj√ļ, aŇĺ nakoniec ( druh√° anim√°cia (mpeg, 5 MB) ) sa spoja, pri√®om nastane ve¬ĺmi siln√© ‚ÄěŇĺblnknutie‚Äú na gravita√®nej ‚Äěhladine‚Äú, ktor√© ‚ÄěnaŇ°e‚Äú BOINC√°cke observat√≥ri√° LIGO a GEO 600 m√īŇĺu zachyti¬Ě. V pr√≠pade, Ňĺe spolo√®n√° hmotnos¬Ě oboch neutr√≥nov√Ĺch hviezd je dostato√®ne vysok√°, m√īŇĺe po takomto spojen√≠ dokonca vznikn√ļ¬Ě aj √®ierna diera (to je ten ‚Äělievik‚Äú ktor√Ĺ tam po zr√°Ňĺke vznikne ‚Äď nekone√®ne zakriven√Ĺ priestoro√®as, ‚Äědiera‚Äú). A eŇ°te mal√° pozn√°mka ‚Äď proces, ktor√Ĺ vid√≠te na obr√°zku je ve¬ĺmi spomalen√Ĺ ‚Äď v skuto√®nosti by zabral len tis√≠ciny sekundy. Anim√°cie s√ļ majetkom Jodrell Bank Observatory.

Na tejto anim√°cii vid√≠me proces nas√°vania hmoty neutr√≥novou hviezdou (alebo aj bielym trpasl√≠kom √®i √®iernou dierou) z hviezdneho s√ļputn√≠ka. Hmota po Ň°pir√°le kles√° na kompaktn√ļ hviezdu, pri√®om za ist√Ĺch podmienok vyŇĺaruje intenz√≠vne Ňĺiarenie v smere osi rot√°cie. Okrem toho m√īŇĺe v t√Ĺchto smeroch ur√Ĺch¬ĺova¬Ě a ‚Äěvystre¬ĺova¬Ě‚Äú vysokoenergetick√© √®astice (tzv. v√Ĺtrysky, po angl. ‚Äějet‚Äú).

Obr√°zok 1: Existuje tu aj varianta ‚Äúve¬ĺk√Ĺ brat‚Äú ‚Äď obrovsk√© √®ierne diery v centr√°ch galaxi√≠ (ktor√© maj√ļ hmotnos¬Ě nieko¬ĺko sto mili√≥nov (!) hmotnost√≠ Slnka a polomer ako cel√° naŇ°a Slne√®n√° s√ļstava). Tak√©to giganty pri¬Ěahuj√ļ okolit√© hviezdy, ktor√© s√ļ najsk√īr ‚Äěnaporciovan√©‚Äú t√Ĺm, Ňĺe ich √®ierna diera roztrh√° na kusy, ktor√© potom po Ň°pir√°le padaj√ļ do √®iernej diery, pri√®om vyŇĺaruj√ļ Ňĺiarenie a √®astice s obrovskou energiou, ktor√© tryskaj√ļ √®astokr√°t aj √Įaleko za hranice galaxie (a ak sa zr√°Ňĺaj√ļ s medzihviezdnou hmotou tak Ňĺiaria a m√īŇĺme ich aj vidie¬Ě). Na tomto obr√°zku vid√≠te galaxiu M87 (moja ob¬ĺ√ļben√°, tak√© pekn√© galaktick√© Ňĺihadlo, ktor√© st√°le m√° √®√≠m prekvapi¬Ě..) s v√Ĺtryskom dlh√Ĺm nieko¬ĺko tis√≠c sveteln√Ĺch rokov, spolu s detailn√Ĺm z√°berom na tesn√© okolie √®iernej diery v strede. Aj tieto procesy samozrejme m√īŇĺu generova¬Ě gravita√®n√© vlny, i ke√Į nie aŇĺ nato¬ĺko intenz√≠vne. Mimochodom, aj v centre naŇ°ej Mlie√®nej dr√°hy s vysokou pravdepodobnos¬Ěou existuje obrovsk√° √®ierna diera o hmotnosti nieko¬ĺko mili√≥nov hmotnost√≠ slnka. Zatia¬ĺ ju ale priamo nevid√≠me, pretoŇĺe n√°m v tom br√°nia ohromn√© medzihviezdne mra√®n√°, ale m√°me uŇĺ dos¬Ě nepriamych d√īkazov, Ňĺe tam naozaj je. Okrem toho, ukazuje sa, Ňĺe kaŇĺd√° v√§√®Ň°ia galaxia m√° jednu ve¬ĺk√ļ √®iernu dieru vo svojom strede, s hmotnos¬Ěou pribliŇĺne jedno promile hmotnosti celej galaxie. Niektor√© galaxie maj√ļ dokonca aj dve pribliŇĺuj√ļce sa obrie √®ierne diery - vedci uŇĺ tak√© naŇ°li! Viete si predstavi¬Ě √®o sa stane, ke√Į sa spoja tak√©to dve √®ierne diery, obrovsk√© trhliny v √®asopriestore ve¬ĺk√© ako naŇ°a slne√®n√° s√ļstava, v√°Ňĺiace kaŇĺd√° to¬ĺko √®o nieko¬ĺko desiatok mili√≥nov S√•nk? Gravita√®n√© a energetick√© tsunami (ale Ňĺiadne obavy, Ňĺivot na Zemi to neohroz√≠, pokia¬ĺ sa to nestane v naŇ°ej Galaxii. To sa stane aŇĺ za p√§¬Ě mili√°rd rokov, ke√Į sa naŇ°a Galaxia zraz√≠ s galaxiou v Androm√©de a √®ierne diery v ich stredoch splyn√ļ. Ale to uŇĺ aj naŇ°e Slnko bude na konci svojho Ňĺivota...). Pr√≠roda prekon√°va fant√°ziu autorov sci-fi! V√Ĺsledok takejto zr√°Ňĺky vedci uŇĺ tieŇĺ naŇ°li ‚Äď ned√°vno √®erstvo objaven√° supergigantick√° √®ierna diera o hmotnosti cca p√§¬Ě mili√°rd hmotnost√≠ Slnka! Ale o tom moŇĺno v inom √®l√°nku...

Ve¬ĺmi pekn√ļ 3D interakt√≠vnu anim√°ciu akr√©cie hmoty na √®iernu dieru moŇĺte n√°js¬Ě na tejto stranke (ale potrebujete ma¬Ě nainŇ°talovan√Ĺ Cult3D player, cca 1.5 MB, pod¬ĺa vlastnej sk√ļsenosti nerob√≠ Ňĺiadne probl√©my pri inŇ°talovan√≠ pod Win XP...)

Po tejto tak trochu extr√©mistickej pas√°Ňĺi tu je hodno urobi¬Ě eŇ°te jednu d√īleŇĺit√ļ pozn√°mku √®i doplnok o tom, ako v√Ĺznamn√ļ vec pre fyziku by sa vlastne objavenie gravita√®n√Ĺch v√•n predstavovalo. Bol by to len menŇ°√≠ objav ktor√Ĺch uŇĺ bolo ve¬ĺa, alebo bol by to epoch√°lny prelom v poznan√≠ vesm√≠ru? Na odpove√Į si pripome√≤me, Ňĺe vo vesm√≠re existuj√ļ Ň°tyri z√°kladn√© sily (interakcie medzi fyzik√°lnymi √®asticami) ‚Äď

Siln√° ‚Äď sprostredk√ļva interakciu vn√ļtri at√≥mov√©ho jadra, v√Įaka nemu jadro drŇĺ√≠ pokope. M√° mal√Ĺ dosah, takŇĺe na ve¬ĺk√© vzdialenosti nem√° vplyv. T√ļto interakciu pren√°Ň°aj√ļ pre fyzikov dobre zn√°me a pozorovan√© √®astice s√ļhrnne zvan√© mez√≥ny.

Slab√° ‚Äď podobne ako siln√° interakcia m√° len mal√Ĺ dosah, takŇĺe sa prejavuje len vo svete at√≥mov√Ĺch jadier a √®ast√≠c. Aj t√ļto interakciu spotredkov√°vaj√ļ uŇĺ dobre zn√°me a zmeran√© √®astice (W a Z boz√≥ny, ktor√Ĺmi sa tu nebudeme teraz zapodieva¬Ě). V poslednej dobe sa objavuj√ļ aj ind√≠cie pre existenciu √ĮalŇ°ej, tzv. superslabej interakcie, ale t√Ĺm sa teraz taktieŇĺ nebudeme zapodieva¬Ě (inak je to ve¬ĺmi vzruŇ°uj√ļca moŇĺnos¬Ě!).

Elektromagnetick√° - t√°to interakcia je asi stokr√°t slabŇ°ia neŇĺ siln√° interakcia, lenŇĺe m√° jednu ve¬ĺmi d√īleŇĺit√ļ vlastnos¬Ě ‚Äď m√° nekone√®n√Ĺ dosah! To znamen√°, Ňĺe fot√≥n ‚Äď √®astica, ktor√° t√ļto interakciu sprostredk√ļva (‚Äěnosi√®‚Äú) ‚Äď sa m√īŇĺe Ň°√≠ri¬Ě hoci aj na druh√ļ stranu vesm√≠ru, a my ju m√īŇĺeme pozorova¬Ě. V√Įaka tejto interakcii vid√≠te vŇ°etko √®o vid√≠te a v√Įaka tejto interakcii vieme v√§√®Ň°inu naŇ°ich poznatkov o vesm√≠re. Do tejto interakcie spadaj√ļ vŇ°etky vlnov√© d√•Ňĺky, ktor√© pozorujeme ‚Äď gama Ňĺiarenie, r√∂ntgenov√© Ňĺiarenie, UV Ňĺiarenie, vidite¬ĺn√© svetlo, infra√®erven√© Ňĺiarenie, mikrovlnn√© Ňĺiarenie (√°no, aj vaŇ°a mikrovlnn√° tr√ļba doma vyuŇĺ√≠va elektromagnetick√ļ interakciu), a dokonca aj r√°diov√© vlny. VŇ°etky tieto ‚Äěokn√°‚Äú do vesm√≠ru s√ļ st√°le len jedno a to ist√© ‚Äď elektromagnetick√° interakcia. A rovnako aj pozemsk√© veci ako v√°Ň° mobiln√Ĺ telef√≥n, r√°dio, telev√≠zor, mikrovlnka, infra√®erven√Ĺ port na PC, bezdr√ītov√° myŇ° √®i kl√°vesnica, bluetuth, rontgen, CT √®i magnetick√° rezonancia v nemocnici, vŇ°etky tieto veci maj√ļ spolo√®n√©ho menovate¬ĺa ‚Äď vyuŇĺ√≠vaj√ļ elektromagnetick√© vlny.

Posledn√°, Ň°tvrt√° interakcia ‚Äď gravita√®n√° ‚Äď m√° nieko¬ĺko osobitost√≠. Je totiŇĺ aŇĺ 1042 (desa¬Ě na Ň°tyridsiatudruh√ļ) kr√°t slabŇ°ia ako elektromagnetick√°. To je nepredstavite¬ĺne obrovsk√© √®√≠slo! Pre porovnanie ‚Äď rozdiel medzi ve¬ĺkos¬Ěou at√≥mov√©ho jadra a vaŇ°√≠m telom je ‚Äělen‚Äú 1015, √®iŇĺe ove¬ĺa ove¬ĺa menŇ°√≠! Napriek tomu, ke√ĮŇĺe jej dosah je tieŇĺ nekone√®n√Ĺ, m√° rozhoduj√ļci vplyv na v√Ĺvoj vesm√≠ru, pretoŇĺe na ve¬ĺk√© vzdialenosti je jej s√ļhrnn√Ĺ √ļ√®inok uŇĺ obrovsk√Ĺ (uŇĺ aj spom√≠nan√Ĺ gravita√®n√Ĺ kolaps a rovnov√°ha hviezdy, tvar galaxi√≠ at√Į...). Je tu vŇ°ak eŇ°te jedna ve¬ĺmi d√īleŇĺit√° vec ‚Äď √®astice, ktor√© t√ļto interakciu sprostredkuv√°vaj√ļ, tzv. gravit√≥ny, ktor√© predpovedal Einstein, nikto eŇ°te nikdy nepozoroval.

TakŇĺe ide tu naozaj o ve¬ĺmi uŇĺito√®n√ļ vec. V podstate vŇ°etko √®o vieme o vzdialenom vesm√≠re vieme len v√Įaka jedin√©mu elektromagnetick√©mu ‚Äěoknu‚Äú (odhliadnuc od pozorovania neutr√≠n, ktor√© vŇ°ak je zatia¬ĺ len v plienkach v√Įaka nemoŇĺnosti detekova¬Ě n√≠zkoenergetick√© neutr√≠na). VŇ°etko √®o vieme aj o gravit√°cii a vesm√≠re je len nepriamo sprostredkovan√© elektromagnetick√Ĺm Ňĺiaren√≠m ‚Äď vid√≠me hviezdy, galaxie a medzihviezdne mra√®n√°, ktor√© svietia, a z nich nie√®o vieme o celkovej Ň°trukt√ļre vesm√≠ru a gravit√°cii, ktor√° riadi jeho chod.

D√°m v√°m teraz jednu ot√°zku: √ąo by sa stalo, keby sme dok√°zali zachyti¬Ě gravit√≥ny? (√®iŇĺe ‚Äěvidie¬Ě‚Äú gravit√°ciu samotn√ļ). Odpove√Į je teraz uŇĺ asi jednoduchŇ°ia - otvorilo by sa n√°m √ļplne nov√© okno do vesm√≠ru, ktor√©ho v√Ĺznam pre pochopenie vesm√≠ru by bol rovnak√Ĺ ako v√Ĺznam vŇ°etk√Ĺch doterajŇ°√≠ch okien dohromady. Dok√°zali by sme sa pozrie¬Ě na vesm√≠r kone√®ne o√®ami hmoty, o√®ami √®asopriestoru, a nielen o√®ami elektromagnetick√Ĺmi, ktor√© tak straŇ°ne obmedzuj√ļco z√°visia na tom, Ňĺe hmota mus√≠ svieti¬Ě!!
Je to rovnak√© ako keby v no√®nom tmavom lese osvetlenom len zhlukmi sv√§toj√°nskych muŇ°iek (galaxi√≠) zrazu vyŇ°lo slnko a vy ste kone√®ne jasne uvideli kde to ste.

Povedzme si teraz hne√Į aj nie√®o podrobnejŇ°ie o tejto moŇĺnosti. Nie je to tak d√°vno, √®o totiŇĺ vedci zistili ve¬ĺmi prekvapuj√ļcu skuto√®nos¬Ě ‚Äď vŇ°etko √®o sme doteraz vo vesm√≠re pozorovali, vŇ°etky tie desiatky mili√°rd hviezd v naŇ°ej Galaxii, vŇ°etky tie desiatky mili√°rd galaxi√≠ po celom vesm√≠re, svietiacich mra√®ien at√Į, vŇ°etko toto tvor√≠ len asi 5 (p√§¬Ě) percent celkovej hmoty vesm√≠ru! Vypl√Ĺva to z pozorovan√≠ pohybu hviezd a galaxi√≠, ktor√© je riaden√© gravit√°ciou. Keby bolo vo vesm√≠re len to¬ĺko hmoty ko¬ĺko vid√≠me, galaxie a hviezdy by sa pohybovali √ļplne inak. LenŇĺe √®o to je za hmota, ktor√° dok√°Ňĺe h√Ĺba¬Ě vesm√≠rom? Dostala v√ĹstiŇĺn√Ĺ nazov ‚Äď tmav√° hmota. Existovalo viacero te√≥ri√≠ o tom, z √®oho by mohla pozost√°va¬Ě. Jedna vec bola ist√° takmer od za√®iatku ‚Äď tejto hmoty mus√≠ by¬Ě obrovsk√© mnoŇĺstvo a ur√®ite ju nem√īŇĺu tvori¬Ě nesvietiace plan√©ty √®i m√†tve hviezdy, t√Ĺch je totiŇĺ vo vesm√≠re na to pr√≠liŇ° m√°lo. EŇ°te doned√°vna sa myslelo, Ňĺe ve¬ĺk√ļ √®as¬Ě tejto hmoty tvoria neutr√≠na, zauj√≠mav√© √®astice, o ktor√Ĺch sa vlastne tieŇĺ len ned√°vno prekvapuj√ļco zistilo, Ňĺe nemaj√ļ nulov√ļ hmotnos¬Ě. LenŇĺe posledn√© mesiace uŇĺ je presnejŇ°ie ohrani√®en√° ich hmotnos¬Ě a t√° hovor√≠ jednozna√®ne ‚Äď neutr√≠na nem√īŇĺu tvori¬Ě viac ako cca √Įa¬ĺŇ°√≠ch 5 percent tmavej hmoty. √ąo teda ju tvor√≠? Objavili sa exotick√© te√≥rie tvrdiace, Ňĺe tmav√° hmota sa sklad√° z √ļplne nezn√°mych a nov√Ĺch √®ast√≠c. A je st√°le dos¬Ě pravdepodobn√©, Ňĺe √®as¬Ě tmavej hmoty je naozaj tvoren√° nezn√°mimi √®asticami. Napriek tomu, √ļplne ned√°vno astron√≥movia urobili v tejto oblasti ve¬ĺk√Ĺ pokrok ‚Äď nepriamimi met√≥dami objavili gigantick√© medzigalaktick√© prachovoplynov√© mra√®n√° (neple¬Ěte si to s t√Ĺmi ‚Äěmal√Ĺmi‚Äú medzihviezdnymi mra√®nami, teraz hovor√≠me o ove¬ĺa v√§√®Ň°√≠ch a hmotnejŇ°√≠ch objektoch medzi samotn√Ĺmi galaxiami v√°Ňĺiacimi omnoho viac ako cel√© galaxie!). Zjavne ke√Į vznikol vesm√≠r, tak nie vŇ°etka hmota skolabovala a sformovala sa do galaxi√≠ a hviezd. V√§√®Ň°ina hmoty zostala nedotknut√° pl√°va¬Ě v nesmiernych hlbin√°ch medzigalaktick√Ĺch priestorov a nikdy z nej nevznikli hviezdy, ktor√© by svietili a teda by n√°s upozornili na ich existenciu. A √®o je najd√īleŇĺitejŇ°ie ‚Äď tieto mra√®n√° tvoria aŇĺ 80 percent celkovej hmoty vesm√≠ru. Obrovsk√© √®√≠slo, je to 16kr√°t viac ako je vŇ°etka doteraz pozorovan√° hmota. Napriek tomu, st√°le to m√° jednu v√°Ňĺnu vadu. Astron√≥movia ju objavili len v√Įaka tomu, Ňĺe pozorovali pohyb svietiacej hmoty. √ąiŇĺe nepriamo. Je to ako keby ste sa snaŇĺili urobi¬Ě mapu krajiny pod¬ĺa po√®tu a dr√°hy letu vt√°kov ktor√≠ nad √≤ou lietaj√ļ. Zist√≠te Ňĺe tam asi nejak√° krajina je, a zist√≠te kde s√ļ pribliŇĺne nejak√© ve¬ĺk√© pohoria (vt√°ky tam bud√ļ lietaŇĺ vyŇ°Ň°ie) ale to je vŇ°etko, nezit√≠te uŇĺ ni√® viac. √ąo s t√Ĺm? D√° sa tmav√° hmota priamo pozorova¬Ě aj ke√Į ju nikdy neuvid√≠me? A √®o dokonca ten zvyŇ°ok tmavej hmoty, ktor√Ĺ netvoria ani medzigalaktick√© mra√®n√°?

Ur√®ite tuŇ°√≠te kam mierim. √Āno, odpove√Į je ‚Äď dozvieme sa to pozorovan√≠m gravita√®n√Ĺch v√•n. Tmav√° hmota totiŇĺ bez v√Ĺnimky aŇĺ do posledn√©ho percenta vyŇĺaruje gravita√®n√© vlny a gravit√≥ny, rovnako ako hmota svietiaca. Ak zachyt√≠me gravit√≥ny s dostato√®nou citlivos¬Ěou, zrazu sa pre n√°s stane cel√Ĺ vesm√≠r pozorovate¬ĺn√Ĺ. Bez v√Ĺnimky. Nebudeme uŇĺ zavisl√Ĺ na pozorovan√≠ svietiacich √ļboh√Ĺch 5 percent. Uvid√≠me vŇ°etko. Medzigalaktick√© mra√®n√°, a √®oko¬ĺvek √ĮalŇ°ie akoko¬ĺvek exotick√©.

√ąiŇĺe gravita√®n√© vlny pre n√°s znamenaj√ļ prinajmenŇ°om teoretick√ļ moŇĺnos¬Ě pozorova¬Ě √ļplne vŇ°etko. No nestoj√≠ za to venova¬Ě tomuto procesorov√Ĺ √®as v√°Ň°ho po√®√≠ta√®a?!!

Samozrejme to neznamen√°, Ňĺe hne√Į ako ich objav√≠me, tak sa vŇ°etko vyrieŇ°i. Treba potom skonŇ°truova¬Ě naozaj ve¬ĺk√© detektory gravita√®n√Ĺch v√•n na Zemi i vo vesm√≠re, s dostato√®nou citlivos¬Ěou a presnos¬Ěou. NavyŇ°e, gravita√®n√© vlny podobne ako elektromagnetick√© maj√ļ r√īznu frekvenciu - r√Ĺchlorotuj√ļce objekty generuj√ļ vysokofrekven√®n√© gravita√®n√© vlny k√Ĺm ‚Äěpomal√©‚Äú procesy ako napr. spom√≠nan√° tmav√° hmota generuj√ļ n√≠zkofrekven√®n√© gravita√®n√© vlny. Pozemsk√© detektory nikdy nebud√ļ v√Įaka gravita√®n√©mu vplyvu Zeme schopn√© registrova¬Ě n√≠zke frekvencie gravita√®n√Ĺch v√•n (podobne ako pozemsk√© √Įalekohlady nie s√ļ schopn√© efekt√≠vne pozorova¬Ě napr. infra√®erven√© elektromagnetick√© vlny, alebo podobne aj ako naŇ°e o√®i nie s√ļ schopn√© registrovas¬Ě in√© frekvencie ako frekvencie vidite¬ĺn√©ho svetla). Anal√≥gia je samozrejme len pribliŇĺn√°, lebo gravita√®n√© vlny niektor√Ĺch frekvenci√≠ na Zemi nem√īŇĺme zachyti¬Ě najm√§ kv√īli prehluŇ°eniu seizmick√Ĺmi vlnami, vznikaj√ļcimi napr. pri pohybe tektonick√Ĺch dosiek alebo ako d√īsledok presunu ve¬ĺk√Ĺch m√°s hmoty v zemskom pl√°Ň°ti (tzv. pl√°Ň°¬Ěov√© hr√≠by). Bude treba teda postavi¬Ě detektory vo vesm√≠re (spom√≠nan√° LISA bude prv√Ĺm tak√Ĺmto detektorom). Aj pr√°ve preto je vŇ°ak d√īleŇĺit√© gravita√®n√© vlny kone√®ne uŇĺ objavi¬Ě, aby sa otvorila cesta pre tieto pokro√®il√© zariadenia. Ve√Į aj v roku 1610 mal prv√Ĺ Galileov √Įalekoh¬ĺad parametre dneŇ°nej detskej hra√®ky, a dnes uŇĺ m√°me Hubblov vesm√≠rny teleskop...

TakŇĺe, troŇ°ka sme si pribl√≠Ňĺili kto je za gravita√®n√© vlny zodpoven√Ĺ, na √®o n√°m tak√© vlny v√ībec m√īŇĺu by¬Ě, a v tretej √®asti by sme sa pozreli bliŇĺŇ°ie na z√ļbky neutr√≥nov√Ĺm hviezdam (√®iŇĺe aj pulzarom), ktor√Ĺch polohu m√īŇĺte vidie¬Ě aj na grafickom v√Ĺstupe einstein@home. Ako ich vid√≠ dneŇ°n√° veda? √ąo o nich vieme? Pre√®√≠tajte si tretiu √®as¬Ě a dozviete sa.

A na z√°ver tohto dielu by som v√°m eŇ°te r√°d uk√°zal dve veci, ktor√© pod¬ĺa m√≤a pomerne n√°zorne ukazuj√ļ silu gravit√°cie na ve¬ĺk√Ĺch vzdialenostiach a jej vplyv na vytv√°ranie naŇ°ej predstavy o vesm√≠re. Na tejto poslednej anim√°cii uvid√≠te v√Ĺrez z n√°Ň°ho vesm√≠ru v tvare kocky - jedna jej hrana m√° rozmer nieko¬ĺko stoviek mili√≥nov sveteln√Ĺch rokov, takŇĺe sa jedn√° o obrovsk√Ĺ priestor. ҆trukt√ļra, ktor√ļ vid√≠te, je tvoren√° miliardami galaxi√≠ - vŇ°etky s√ļ zoskupen√© do mamutej "peny", ktor√° vznikla v√Įaka gravita√®n√Ĺm nehomogenit√°m na po√®iatku vesm√≠ru (ktor√© mimochodom vznikli z kvantov√Ĺch nerovnomernost√≠ √®asopriestoru a nesk√īr boli naf√ļknut√© do rozmerov galaxi√≠ - je to fascinuj√ļce, ale s√ļ√®asn√° Ň°trukt√ļra cel√©ho vesm√≠ru je presne analogick√° Ň°trukt√ļre priestoru na najmenŇ°√≠ch Ň°k√°lach - √®iŇĺe vŇ°etko so vŇ°etk√Ĺm s√ļvis√≠, najmenŇ°ie s najv√§√®Ň°√≠m...) Tieto postupne naba¬ĺovali na seba √ĮalŇ°iu a √ĮalŇ°iu hmotu aŇĺ vznikli hviezdy, galaxie, kopy a superkopy galaxii a - obr√°zok ktor√Ĺ ste videli. Ve¬ĺmi d√īleŇĺit√ļ rolu v tomto procese zohrala aj tmav√° hmota. Simul√°cie jednozna√®ne ukazuj√ļ , Ňĺe pozorovan√° Ň°trukt√ļra vesm√≠ru sa d√° vysvetli¬Ě jedine existenciou tmavej hmoty. Aj preto je d√īleŇĺit√© pozorova¬Ě gravita√®n√© vlny, lebo n√°m pom√īŇĺu pochopi¬Ě v√Ĺvoj vesm√≠ru a to, pre√®o s√ļ galaxie zoskupen√© tak ako vid√≠te na anim√°cii. Mimochodom, naŇ°a skupina galaxi√≠ je pri¬Ěahovan√° jednou z t√Ĺch "stien" - vedci to nazvali "Ve¬ĺk√Ĺ atraktor". Je facinuj√ļce, ak√ļ moc maj√ļ fyzik√°lne procesy, ktror√© si pohadzuj√ļ s cel√Ĺmi galaxiami ako so zrknami piesku. Potom sa nezd√° aŇĺ tak nepravdepodobn√° moŇĺnos¬Ě, Ňĺe gravit√°cia n√°m m√īŇĺe umoŇĺni¬Ě cestovanie hyperpriestorom, a to v√Įaka tzv. √®erv√≠m dieram (dve navz√°jom prepojen√© √®ierne diery vytv√°raj√ļce tak "tunel" medzi dvoma oblas¬Ěami vesm√≠ru), ktor√© v√Įaka svojej nekone√®nej gravit√°cii prepoja od¬ĺahl√© miesta vesm√≠ru - toto uŇĺ nie je sci-fi, matematick√© prepo√®ty uk√°zali, Ňĺe to je moŇĺn√©, probl√©mom je ve¬ĺmi mal√° stabilita tak√Ĺchto prepojen√≠, ktor√° znemoŇĺ√≤uje tak√©to cestovanie dokonca aj element√°rnym √®asticiam. Pred nieko¬ĺk√Ĺmi t√ĹŇĺd√≤ami som vŇ°ak √®√≠tal pr√°cu z oblasti kvantovej kozmol√≥gie, ktor√° navrhuje moŇĺnosti ako tak√Ĺto objekt stabilizova¬Ě. Je teda moŇĺn√©, Ňĺe to o √®o sa mi len eŇ°te snaŇĺ√≠me vyspel√© civiliz√≠cie mohli d√°vno zvl√°dnu¬Ě. Aby som eŇ°te viac na√®rel do pokladnice modernej vedy, kvantov√° kozmol√≥gia prip√ļŇ°¬Ěa aj moŇĺnos¬Ě, Ňĺe existuje nekone√®ne mnoŇĺstvo paraleln√Ĺch vesm√≠rov, ktor√© existuj√ļ vo viacrozmernom priestore, pripom√≠naj√ļc tak ak√©si bubliny, ktor√© sa nafukuj√ļ a zmenŇ°uj√ļ. Dostato√®me siln√° gravit√°cia m√īŇĺe v √®asopriestore vytvori¬Ě v√Ĺklenok (deform√°ciu), ktor√Ĺ pri dostato√®nej energii sa m√īŇĺe dokonca odŇ°tiepi¬Ě od p√īvodn√©ho vesm√≠ru a vytvori¬Ě vesm√≠r nov√Ĺ! Ve¬ĺmi vyspel√° civiliz√°cia disponuj√ļca dostato√®n√Ĺmi znalos¬Ěami a najm√§ energiou teda m√īŇĺe teoreticky vytvori¬Ě vlastn√Ĺ vesm√≠r, do ktor√©ho sa m√īŇĺe pres¬Ěahova¬Ě, ke√Į n√°Ň° vesm√≠r bude umiera¬Ě (√®o je nevyhnutnos¬Ě, pretoŇĺe ak by sa aj rozp√≠nal donekone√®na, jedn√©ho d√≤a sa z√°soby enegie v √≤om vy√®erpaj√ļ a vesm√≠r upadne do tzv. "tepelnej smrti".) Aby ste si nemysleli, Ňĺe toto s√ļ nepodloŇĺen√© tvrdenia, zdroje pre tieto inform√°cie √®erp√°m z vedeck√Ĺch preprintov z oblasti kvantovej kozmol√≥gie, ako napr√≠klad General Relativity and Quantum cosmology, kde m√īŇĺte n√°js¬Ě aj spom√≠nan√ļ √®erstv√ļ pr√°cu (publikovan√ļ tento mesiac) o Stabilite √®erv√≠ch dier.

Druh√ļ mal√ļ uk√°Ňĺku sily gravit√°cie vid√≠te na poslednom obr√°zku - je na √≤om astron√≥mom dobre zn√°ma a vzdialen√° kopa galaxi√≠ nazvan√° Abell 2218. Jej celkov√° gravit√°cia nato¬ĺko zakrivuje priestor, Ňĺe p√īsob√≠ ako Ň°oŇ°ovka ‚Äď to znamen√°, Ňĺe deformuje sveteln√© l√ļ√®e, ktor√© okolo nej prech√°dzaj√ļ od vzdialenejŇ°√≠ch objektov, podobne ako to rob√≠ aj oby√®ajn√° optick√° Ň°oŇ°ovka zo skla. V√Ĺsledkom je, Ňĺe vid√≠me zdeformovan√Ĺ obraz vzadu sa nach√°dzaj√ļcich galaxi√≠ (na obr√°zku nezvykl√© obl√ļkovito pretiahnut√© tvary). NavyŇ°e, takto zdeformovan√© svetlo m√īŇĺe by¬Ě √®astokr√°t t√Ĺmto sp√īsobom zosilnen√© a my vid√≠me objekty, ktor√© by sme inak v Ňĺiadnom pr√≠pade nemali Ň°ancu vidie¬Ě. √ąiŇĺe pr√≠roda n√°m takto poskytuje obrovsk√Ĺ ‚Äěgravita√®n√Ĺ √Įalekoh¬ĺad‚Äú. Ur√®ite v√°s neprekvap√≠, Ňĺe aj tento efekt predpovedal ‚Äď Albert Einstein. Okrem toho je to n√°zorn√° uk√°Ňĺka, Ňĺe vesm√≠r je len il√ļzia spostredkovan√° naŇ°imi zmyslami-detektormi (pam√§t√°te na vetu ‚ÄěWhat is reality? Only electrical signals interpretated by your brain‚Äú ‚Äď fan√ļŇ°ikovia sci-fi a cyberpunku ur√®ite vedia z ak√©ho filmu poch√°dza...), ale o tejto filozofickej ot√°zke moŇĺno tieŇĺ v inom √®l√°nku...

Abell 2218



Autor: KiiroiZen / Kotuliè Bunta
juraj_kotulic AT yahoo.com

√Źakujem slavkovi.sk za technick√ļ pomoc pri pr√≠prave √®l√°nku.

Komentare a diskusia k clanku




Vytvoril: KiiroiZen / Kotulic Bunta [30. j√ļn 2005 11:48:08] / Upravenť: [01. j√ļl 2005 03:34:58] / PoŤet zobrazenŪ: [9491]