Jednou z předpovědí Einsteinovy obecné teorie relativity je, že každé rotující těleso s sebou táhne samotnou strukturu časoprostoru ve svém okolí. Tomuto jevu se říká „frame-dragging“.

V běžném životě je frame-dragging nezjistitelný a bezvýznamný, protože tento efekt je tak směšně malý. Detekce „frame-draggingu“ způsobeného rotací celé Země vyžaduje družice, jako je Gravity Probe B za 750 milionů dolarů, a detekci úhlových změn v gyroskopech, které odpovídají pouhému jednomu stupni za přibližně 100 000 let.

Naštěstí pro nás vesmír obsahuje mnoho přirozeně se vyskytujících gravitačních laboratoří, kde mohou fyzikové pozorovat Einsteinovy předpovědi v praxi do nejmenších detailů.

Výzkum našeho týmu, publikovaný dnes v časopise Science, odhaluje důkazy o táhnutí rámců v mnohem nápadnějším měřítku, a to pomocí radioteleskopu a unikátní dvojice kompaktních hvězd, které kolem sebe sviští závratnou rychlostí.

Pohyb těchto hvězd by astronomy v Newtonově době zmátl, protože se zjevně pohybují v pokřiveném časoprostoru a k vysvětlení jejich trajektorií je zapotřebí Einsteinova obecná teorie relativity.

Obecná teorie relativity je základem moderní teorie gravitace. Vysvětluje přesný pohyb hvězd, planet a satelitů, a dokonce i plynutí času. Jednou z jejích méně známých předpovědí je, že rotující tělesa s sebou táhnou časoprostor. Čím rychleji se objekt otáčí a čím je hmotnější, tím je odpor silnější.

Jeden typ objektu, pro který je to velmi důležité, se nazývá bílý trpaslík. Jedná se o zbytky jader mrtvých hvězd, které kdysi měly několikanásobnou hmotnost našeho Slunce, ale od té doby vyčerpaly své vodíkové palivo.

To, co zbylo, má podobnou velikost jako Země, ale je stotisíckrát hmotnější. Bílí trpaslíci mohou také rotovat velmi rychle, otáčet se každou minutu nebo dvě, nikoliv každých 24 hodin jako Země.

Rámcové přetahování způsobené takovým bílým trpaslíkem by bylo zhruba 100 milionkrát silnější než u Země.

To je všechno hezké, ale nemůžeme k bílému trpaslíkovi přiletět a vypustit kolem něj družice. Naštěstí je však příroda k astronomům laskavá a má vlastní způsob, jak nám je umožnit pozorovat, a to prostřednictvím obíhajících hvězd zvaných pulsary.

Před dvaceti lety objevil radioteleskop CSIRO Parkes unikátní hvězdný pár tvořený bílým trpaslíkem (o velikosti Země, ale asi 300 000krát těžším) a radiovým pulzarem (o velikosti města, ale 400 000krát těžším).

V porovnání s bílými trpaslíky jsou pulzary úplně jiná liga. Nejsou tvořeny běžnými atomy, ale těsně na sebe nabalenými neutrony, což je činí neuvěřitelně hustými. Pulzar, který jsme zkoumali, se navíc každou minutu otočí 150krát.

To znamená, že 150krát za minutu proletí kolem našeho pozorovacího stanoviště zde na Zemi „majákový paprsek“ rádiových vln vysílaných tímto pulzarem. Toho můžeme využít ke zmapování dráhy pulzaru při jeho oběhu kolem bílého trpaslíka, a to tak, že určíme čas, kdy jeho pulz dorazí k našemu dalekohledu, a budeme znát rychlost světla. Tato metoda odhalila, že obě hvězdy kolem sebe oběhnou za méně než 5 hodin.

Tento pár, oficiálně nazývaný PSR J1141-6545, je ideální gravitační laboratoří. Od roku 2001 jsme několikrát ročně putovali do Parkes, abychom zmapovali dráhu tohoto systému, který vykazuje množství Einsteinových gravitačních efektů.

Mapování vývoje oběžných drah není pro netrpělivé, ale naše měření jsou směšně přesná. Přestože je PSR J1141-6545 vzdálen několik set kvadrilionů kilometrů (kvadrilion je milion miliard), víme, že pulsar se otočí 2,5387230404krát za sekundu a že jeho dráha se v prostoru potácí.

To znamená, že rovina jeho dráhy není pevná, ale pomalu rotuje.

Jak tento systém vznikl?

Když se rodí dvojice hvězd, nejhmotnější z nich umírá jako první a často vzniká bílý trpaslík. Než druhá hvězda zemře, přenese hmotu na svého bílého trpaslíka.

Při pádu této hmoty směrem k bílému trpaslíkovi vzniká disk, který v průběhu desítek tisíc let roztočí bílého trpaslíka, až se roztočí každých několik minut.

V ojedinělých případech, jako je tento, pak může druhá hvězda explodovat v supernově a zanechat za sebou pulsar. Rychle rotující bílý trpaslík s sebou táhne časoprostor, takže se rovina oběžné dráhy pulzaru při jeho tahu naklání. Toto naklánění jsme pozorovali díky trpělivému mapování dráhy pulzaru.

Sám Einstein se domníval, že mnohé z jeho předpovědí o prostoru a čase nebudou nikdy pozorovatelné. V posledních několika letech však došlo k revoluci v extrémní astrofyzice, včetně objevu gravitačních vln a zobrazení stínu černé díry pomocí celosvětové sítě teleskopů. Tyto objevy byly učiněny zařízeními za miliardy dolarů.

Naštěstí ve zkoumání obecné teorie relativity stále hrají roli 50 let staré radioteleskopy, jako je ten v Parkes, a trpělivé kampaně generací postgraduálních studentů.

Matthew Bailes, laureát ARC, Swinburne University of Technology. a Vivek Venkatraman Krishnan, vědecký pracovník Max Planck Institute.

Tento článek je přetištěn z The Conversation pod licencí Creative Commons. Přečtěte si původní článek.