Pochopení dějů, které nastanou při smrtelném tanci černých děr, totiž vyžaduje Einsteinovu obecnou teorii relativity v celé její matematické složitosti. Rovnice tu vedou k předpokladům hmoty s nekonečnou hustotou, zastavení času a podobným podivnostem.
Když se s nimi pokusil vyrovnat počítačový model, „zhroutil se a pohořel“. Problém byl v Einsteinově matematice. Počítač si s některými použitými prvky nevěděl rady.
| Klikněte pro více informací |
Rovnice musely být přepsány do podoby, která může být přímo „přeložena“ do zdrojového kódu počítače. Znamenalo to, že rovnice značně nabyly na objemu, ale to není problém: počítače mají spoustu času. Hlavně když rozumí tomu, co se po nich chce. A nový „překlad Einsteina“ je pro ně srozumitelný.
Columbia, nejrychlejší počítač NASA, se jím dokázal prokousat za několik dní a poskytl první „vizualizaci“ srážky dvou černých děr. Zatím tedy jenom nerotujících černých děr o stejné hmotnosti. Výsledky jsou podle vědců konzistentní: ať byly černé díry v jakémkoliv postavení, jejich osudové setkání vedlo k tvorbě stejných gravitačních vln.
Signál vzniklý při srážce je překvapivě pravidelný, jako zvuk, který postupně získává na síle i výšce, a pak náhle skončí. Vrcholná intenzita už stojí za to: asi tři procenta hmoty obou černých děr se změní na gravitační vlny. V tu chvíli se vyzáří více energie než vydají všechny hvězdy ve vesmíru.
Pravidelnost signálu je dána tím, že jde o simulaci jednoduchého případu. Při srážce dvou rotujících černých děr o různých hmotnostech bude složitější. I užitečnější, protože takové případy jsou ve skutečném vesmíru četnější. Věrný obraz takové události by totiž mohl vést k průlomu v jednom z nejrozsáhlejších pátrání v astrofyzice, v honu na gravitační vlny.
Ty podle současných teorií představují jednu z nejdůležitějších sil ve vesmíru. Jde o však velmi slabé síly, které vesmír (alespoň z našeho měřítka) mění zcela nepatrně.
Navíc slábnou se vzdáleností od zdroje. Signál ze vzdáleného silného ohniska tak může změnit vzdálenost Země a Slunce o rozměr atomu. V „nejdramatičtějších“ případech (supernova, srážka černých děr) může být změna větší o jeden nebo dva řády.
Takové vlny astrofyzici už v současné době snad zachytit mohou, například pomocí observatoře LIGO. Naděje na jejich zachycení samozřejmě stoupne, když astrofyzici vědí, co hledat.
Zároveň je to podpora budoucího výzkumu. Pokud se podaří gravitační vlny měřit, získají vědci spoustu údajů, se kterými nemají přímé zkušenosti. Simulace jim poskytnou aspoň nějaké vodítko.
Výsledky budou upřesněny v příštím čísle Physical Review Letters and Physical Review D.
