Mezinárodní tým astronomů pozorováním systému dvou pulzarů podal pádné důkazy hovořící pro obecnou teorii relativity. Einsteinova teorie gravitace se dočkala jednoho z nejpřesnějších experimentálních potvrzení.

Měření provedl Michael Kramer z Observatoře Jordella Banka společně s kolegy z různých zemí. Vědci studovali pár rychle se otáčejících neutronových hvězd zvaných pulzary a dosáhli výsledků, které s Einsteinovou teorii souhlasí na 99,5 procent. Jako každé měření i toto bylo zatíženo jistými a mnohdy nevyhnutelnými chybami. Proto tým doufá, že se jim podaří vyvinout techniky, které budou mnohem přesnější — a jak vědci věří, přesnější měření jim řeknou víc také o vnitřní struktuře těchto superhustých hvězd a rovněž očekávají, že najdou první stopy kvantové gravitace.

Binární systém pulzarů nese v katalozích označení PSR J0737-3039A/B a leží ve vzdálenosti dvou tisíc světelných let. Astronomové jej objevili na stejné observatoři v roce 2003. Systém je tvořen dvěma superhustými hvězdami o průměru kolem dvaceti kilometrů od sebe vzdálenými milion kilometrů. Obě hvězdy kolem sebe oběhnou jednou za 2,4 hodiny. Gravitace v okolí systému je obrovská — gravitační potenciál je 100.000krát větší než gravitační potenciál Slunce.

V takovýchto podmínkách jsou relativistické efekty mnohem znatelnější než u jiných těles (vyjma černých děr). Časoprostor kolem neutronových hvězd je velmi zakřiven, takže systém představuje skvělou astrofyzikální laboratoř k otestování předpovědí obecné teorie relativity, a to hlavně také z toho důvodu, že tyto rychle rotující neutronové hvězdy vysílají pravidelné rádiové pulzy, které radioteleskopy na Zemi zachytí a „jednoduše“ zanalyzují.

Tým vědců ke zkoumání použil Lovellův radioteleskop — a také další dva jiné teleskopy v USA a Austrálii — a měřil pět matematických parametrů, které popisují relativistické efekty. Jedním z parametrů je rychlost, s jakou se zpomaluje rychlost otáčení pulzarů kolem společného těžiště a s jakou se k sobě po spirále blíží. Zpomalování rotace a skutečnost, že na sebe pulzary „padají“, je způsobeno ztrátou energie odnášené v podobě uvolněných gravitačních vln. Další parametr popisuje změny v rádiových pulzech jedné hvězdy způsobené gravitačním působením hvězdy druhé — čili tento parametr ukazuje, jak zakřivený časoprostor ovlivňuje pulzy z pulzarů.

Tým též změřil poměr hmotností obou zhroucených hvězd. Zjištěná hodnota činí 1,07. Uvedené číslo je důležité z toho důvodu, že pomocí něj a dalšího parametru mohou vědci určit hmotnosti obou pulzarů. Hmotnosti potom vědci dosadí do Einsteinových rovnic obecné teorie relativity a spočítají teoretické předpovědi pro další čtyři parametry. Získané hodnoty pak srovnají s hodnotami získanými experimentálně a dojdou k závěru, jak přesná teorie je.

Kresba binárního pulzaru – perfektní astrofyzikální laboratoř

A badatelé došli k závěru opravdu jasnému: pulzary se chovají přesně podle teoretických předpovědí. Tedy „skoro“ přesně. Shoda činí 99,5 %. Krom skvělé souhry mezi teorii a experimentem astronomové zjistili ještě něco jiného. A velmi zajímavého. Jejich měření totiž naznačují, že jeden z pulzarů vznikl z hvězdy, jejíž hmotnost byla menší než dvojnásobek hmotnosti Slunce. To je méně, než je třeba k nastartování výbuchu supernovy a následujícímu vzniku neutronové hvězdy. Vědci se tak musejí vypořádat s novým problémem v otázce vývoje hvězd.

Kramer chce v budoucnost přesnost měření ještě zvýšit. „My víme, že nakonec teorie relativity [těmito přesnými testy] neprojde, protože nepopisuje přírodu na malých měřítkách,“ říká. Tato přesnější měření vymezí jasnější podmínky na alternativní teorie gravitace a mohou leccos prozradit o vnitřní struktuře těchto superhustých pozůstatků hvězd.