Gravitacioni vrtlog: Otkriće koje potvrđuje Ajnštajnovu teoriju da gravitacija krivi prostor-vreme Gravitacioni vrtlog: Otkriće koje potvrđuje Ajnštajnovu teoriju da gravitacija krivi prostor-vreme
Još početkom 20. veka Albert Ajnštajn je predložio teoriju gravitacije, koja je kasnije postala poznata kao teorija relativiteta. U njoj je tvrdio gomilu naizgled... Gravitacioni vrtlog: Otkriće koje potvrđuje Ajnštajnovu teoriju da gravitacija krivi prostor-vreme

Još početkom 20. veka Albert Ajnštajn je predložio teoriju gravitacije, koja je kasnije postala poznata kao teorija relativiteta. U njoj je tvrdio gomilu naizgled potpuno sumanutih stvari poput toga da se svetlost savija, da tela velike mase krive prostor i vreme oko sebe i vuku ga za sobom i da se svemir udaljava sam od sebe u ekspanziji koja se odigrava brzinom svetlosti. Poslednjih godina sve ove otkačene tvrdnje se jedna za drugom potvrđuju.

Gravitacioni vrtlog oko Zemlje

2011. godine konačno je potvrđena Ajnštajnova krajnje bizarna tvrdnja da svako telo koje ima masu oko sebe stvara gravitacioni vrtlog u tkanju univerzuma. Otkriveno je da Zemlja svojom gravitacijom zaista krivi i uvrće prostor-vreme oko sebe.

Merenja koja je obavila gravitaciona sonda B (GP-B) jasno su pokazala da oko Zemlje zaista postoji prostor-vreme zakrivljenje koje teorija relativiteta predviđa.

Vreme i prostor su, prema Ajnštajnovoj teoriji relativiteta, isprepletani u četvorodimenziono tkanje univerzuma pod nazivom prostor-vreme. Masa Zemlje “udubljuje” to tkanje, kao što bi neka teška osoba udubila trampolinu.

Da je naša planeta statična, tu bi bio i kraj priče. Međutim, ona se kreće, kao i sve ostalo u univerzumu. Ona se vrti oko svoje ose, orbitira oko Sunca i tim svojim kretanjem udubljuje, uvrće i vuče prostor-vreme za sobom, praveći neku vrstu četvorodimenzionog prostor-vreme vrtloga. Ovo je sonda GP-B poslata u svemir da proveri.

Ideja za sam eksperiment bila je vrlo jednostavna – postaviti rotirajući žiroskop u Zemljinu orbitu tako da osa njegove rotacije bude uperena u pravcu neke udaljene zvezde, koja će imati ulogu fiksne referentne tačke. U nedostatku spoljašnjih sila, osa rotacije žiroskopa zauvek bi trebalo da pokazuje u tom pravcu. Međutim, ukoliko postoji prostor-vreme zakrivljenje, pravac ose rotacije žiroskopa će se pomeriti. Beleženjem tog odstupanja mogli bismo da izmerimo i količinu prostor-vreme uvrtanja.

U praksi je ovo ipak bilo malo teže ostvariti. Napravljena su 4 žiroskopa GP-B veličine ping pong loptice – nešto najpribližnije savršenoj sferi što čovek moža da napravi. Načinjene su od kvarcnog stakla, veoma homogene strukture, a od savršene sfere odstupale su za nekih 40 atomskih slojeva. S obzirom da ovo ipak nisu bile u potpunosti savršene sfere, bilo je potrebno dodatno kalibrisanje.

Prema proračunima, prostor-vreme zakrivljenje oko Zemlje trebalo bi da osu rotacije žiroskopa pomeri za 0.041 arksekunde za godinu dana. Jedna arksekunda iznosi 1/3600 stepena. Kako bi bilo moguće izvršiti ovako precizno merenje, bilo je potrebno napraviti čak 13 potpuno novih tehnoloških pronalazaka.

Naučnici su razvili “drag free” satelit koji bi dodirivao spoljašnje slojeve Zemljine atmosfere bez remećenja samih žiroskopa. Smislili su način kako da spreče magnetno polje zemlje od prodiranja u letelicu. Takođe su napravili poseban uređaj koji meri okretanje žiroskopa bez dodirivanja samog žiroskopa…

Nakon godinu dana prikupljanja podataka i skoro pet godina analiza naučnici su došli do rezultata. Izmerili su geodetsku precesiju od 6.600 +- 0.017 arksekundi i efekat uvijanja (frame dragging efekat) od  0.039 +- 0.007 arksekundi.

Precesija je pravilna promena smera ose rotirajućega tela koja nastaje kada na telo deluje spoljašnji moment sile, a geodetska precesija je odstupanje ose rotacije tela koja nastaje pod dejstvom statičke mase Zemlje, tj. udubljenja koje ona pravi u prostor-vremenu. Efekat uvijanja (frame dragging efekat) je ljuljanje ose rotacije tela koja nastaje pod dejstvom Zemljine rotacije i uvrtanja prostor-vremena.

Rezultati merenja sondi GP-B potvrili su predviđanja izložena u Ajnštajnovoj teoriji relativiteta, a samim tim su otvorila put da ona budu primenjena i na druga tela. Dokazano je za prostor-vreme vrtlog postoji oko Zemlje, što znači da takvo krivljenje prostor-vremena (gravitacioni vrtlog) može postojati i oko drugih nebeskih tela.

Kada biste žiroskop stavili u orbitu crne rupe prostor-vreme zakrivljenje koje tamo vlada ne bi izazvalo precesiju za delić stepena, nego bi prevrnulo žiroskop. U binarnom sistemu crnih rupa, same crne rupe se međusobno ponašaju kao žiroskopi i tako deluju jedna na drugu. Upravo to opšta teorija relativiteta predviđa.

Gravitacioni vrtlog oko crne rupe

2016. godine internacionalni tim astronoma konačno je dokazao da gravitacioni vrtlog postoji i oko crnih rupa.

Materija koja upada u crnu rupu doseže neverovatne temperature od nekoliko miliona stepeni u samom procesu propadanja. Tolika energija dovodi do isijavanja x zraka u kosmos.

Još 1980. godine naučnici su otkrili da razmaci između emitovanja x zraka iz crnih rupa variraju. U početku ceo “treptaj” sa bljeskom i zatamnjenjem traje oko 10 sekundi. Kako vreme prolazi, periodi između treptaja se skraćuju sve dok ne počnu da se događaju 10 puta u sekundi. Zatim sve prestaje. Ovaj fenomen nazvan je kvaziperiodična oscilacija (QPO). Tokom devedesetih godina prošlog veka astronomi su počeli da veruju kako su uočene kvaziperiodične oscilacije u nekakvoj vezi sa gravitacionim efektom koji predviđa Ajnštajnova teorija relativiteta, koja kaže da rotirajuća tela stvaraju oko sebe gravitacioni vrtlog.

Nakon što je eksperimentom sa gravitacionim sondama B potvrđeno postojanje gravitacionog vrtloga oko Zemlje, ostalo je samo da posmatranjem kosmosa dođemo i do konačne potvrde postojanja gravitacionog vrtloga oko drugih nebeskih tela. Jedina tela na kojima se pukim posmatranjem moglo doći do ovakve potvrde su ona kod kojih je moguće meriti zračenja.

Efekat gravitacionog vrtloga je sličan uvrtanju kašike u medu. Sve što se nalazi u medu biće vučeno u pravcu okretanja kašike. To znači da će osa orbitiranja svakog objekta koji orbitira oko centralnog tela velike mase pod nekim uglom, trpeti izmene – precesirati. Cela orbita tela će promeniti orijentaciju pod uticajem centralnog objekta. Vreme koje će telu biti potrebno da se vrati na svoju prvobitnu orijentaciju naziva se ciklus precesije.

Dok su naučnici za gravitacionu sondu B izračunali da će proći kroz ceo ciklus precesije za 33 miliona godina, dotle bi efekat na takvu sondu u orbiti crne rupe bio znatno ekstremniji zbog jačeg gravitacionog polja. Ciklus precesije bi trajao tek nekoliko sekundi – upravo onoliko koliko traju emisije x zraka iz crnih rupa.

Internacionalni tim astronoma je putem XMM-Njutn i NuSTAR observatorije proučavao efekte crne rupe H1743-322 na disk okolne materije – akrecioni disk.

U blizini crne rupe akrecioni disk se pretvara u usijanu plazmu – stanje materije u kojem su elektroni oslobođeni svojih atoma. Smatra se da upravo precesija akrecionog diska stoji iza kvaziperiodičnih oscilacija x zraka. To objašnjava različite vremenske razmake u emitovanju x zraka. Kako se delovi diska približavaju crnoj rupi tokom vremena, njihova precesija postaje brža.

Plazma oslobađa visoko energetska zračenja koja pogađaju materiju oko akrecionog diska, čineći da atomi gvožđa sijaju poput fluorescentnih svetlosnih cevi. Umesto vidljive svetlosti, gvožđe otpušta x zrake koji imaju samo jednu talasnu dužinu, zbog čega deluju poput linije. Pošto se akrecioni disk rotira, linije x zraka se krive Dopler efektom. Talasna dužina x zraka sa prilazeće strane diska je sabijena, skraćena (u plavom pomaku), dok je sa druge strane diska razvučena, duža (u crvenom pomaku).

Plavi pomak je skraćivanje talasne dužine elektromagnetnog zračenja i njeno kretanje ka plavom delu spektra uzrokovano kretanjem izvora zračenja prema posmatraču. Crveni pomak je povećanje talasne dužine elektromagnetnog zračenja i njeno kretanje ka crvenom delu spektra uzrokovano kretanjem izvora zračenja od posmatrača.

Ako plazma zaista precesira, to znači da će zraci isijavati čas na materiju koja se nalazi sa prilazeće strane diska, čas na materiju sa suprotne strane diska, čineći da se linija x zraka koleba napred nazad tokom ciklusa precesije. Upravo su ovo kolebanje linije x zraka koji isijavaju iz crne rupe astronomi uočili posmatrajući crnu rupu H1743-322. Naučnici su dobili potvrdu postojanja gravitacionog vrtloga oko crne rupe, Ajnštajnovu gravitaciju, tj. relativitet na delu u jakom gravitacionom polju.

Ovo je prvi put da je Lens-Tiringov efekat izmeren u jakom gravitacionom polju. Ova tehnika omogućila je astronomima da mapiraju materiju u unutrašnjim regijama akrecionog diska oko crnih rupa i da bolje razumeju njeno kretanje. Dobili smo i moćno oruđe za testiranje Ajnštajnove teorije relativiteta u jakim gravitacionim poljima.

Teorija relativiteta ima mnogo potvrda, međutim, potrebno ju je testirati do tačke pucanja, do ekstrema. To je jedini način na koji možemo biti sigurni u nju. Moramo ustanoviti da li je ona u potpunosti tačna ili predstavlja tek prilično tačnu procenu.

NiT

Smoux

Filozof, stargejzer, zanesenjak i probisvet, zaljubljenik u naučnu fantastiku, horor i nauku, u postavljanje pitanja i traženje odgovora, u umetnost i sve što oslobađa um, donosi prosvetljenje i razvejava dogmatski mrak...

No comments so far.

Be first to leave comment below.

Your email address will not be published. Required fields are marked *

2 × five =