V únoru 2016 vědci pracující na gravitační vlnové observatoři s laserovým interferometrem (LIGO) vytvořili historii, když oznámili vůbec první detekci gravitačních vln. Od té doby studium gravitačních vln značně pokročilo a otevřelo nové možnosti pro studium vesmíru a zákonů, kterými se řídí.
Například tým z University of Frankurt am Main nedávno ukázal, jak by se gravitační vlny mohly použít k určení toho, jak se mohutné neutronové hvězdy mohou dostat před zhroucením do černých děr. Toto zůstalo tajemstvím, protože neutronové hvězdy byly poprvé objeveny v 60. letech. A s nyní stanovenou horní hranicí hmotnosti budou vědci schopni lépe porozumět tomu, jak se hmota chová v extrémních podmínkách.
Studie, která popisuje jejich zjištění, se nedávno objevila ve vědeckém časopise Astrofyzikální dopisy v časopisech pod názvem „Využití gravitačních vlnových pozorování a kvazi-univerzálních vztahů k omezení maximální hmotnosti neutronových hvězd“. Studii vedl Luciano Rezzolla, předseda teoretické astrofyziky a ředitel Ústavu teoretické fyziky na Frankfurtské univerzitě, za pomoci jeho studentů Eliase Moste a Lukase Weiho.
Pro účely své studie tým zvažoval nedávná pozorování z gravitační vlny známé jako GW170817. Tato událost, která se konala 17. srpna 2017, byla šestou gravitační vlnou, kterou objevili gravitační vlnová observatoř laserového interferonu (LIGO) a observatoř Panny. Na rozdíl od předchozích událostí byl tento jedinečný tím, že se zdálo, že je způsoben kolizí a výbuchem dvou neutronových hvězd.
A zatímco k dalším událostem došlo ve vzdálenosti asi miliardy světelných let, GW170817 se od Země odehrál jen 130 milionů světelných let, což umožnilo rychlou detekci a výzkum. Kromě toho se na základě modelování, které bylo provedeno měsíce po události (a na základě údajů získaných rentgenovou observatoří Chandra), zdálo se, že kolize zůstala za zbytkem černé díry.
Tým také přijal pro své studium přístup „univerzálních vztahů“, který vyvinuli vědci na Frankfurtské univerzitě před několika lety. Tento přístup znamená, že všechny neutronové hvězdy mají podobné vlastnosti, které lze vyjádřit jako bezrozměrné veličiny. V kombinaci s údaji GW dospěli k závěru, že maximální hmotnost nerotujících neutronových hvězd nesmí překročit 2,16 slunečních hmot.
Jak vysvětlil profesor Rezzolla v tiskové zprávě z University of Frankfurt:
„Krása teoretického výzkumu spočívá v tom, že dokáže předpovídat. Teorie však zoufale potřebuje experimenty, aby omezila některé ze svých nejistot. Je proto pozoruhodné, že pozorování jediné binární fúze neutronových hvězd, ke které došlo milióny světelných let daleko a univerzální vztahy objevené v naší teoretické práci, nám umožnilo vyřešit hádanku, která v minulosti zaznamenala tolik spekulací. “
Tato studie je dobrým příkladem toho, jak se teoretický a experimentální výzkum může shodovat a vytvářet lepší modely a předpovědi. Několik dní po zveřejnění jejich studie výzkumné skupiny z USA a Japonska výsledky nezávisle potvrdily. Stejně tak významně tyto výzkumné týmy potvrdily výsledky studií pomocí různých přístupů a technik.
V budoucnu se očekává, že astronomie gravitačních vln bude pozorovat mnohem více událostí. A díky vylepšeným metodám a přesnějším modelům, které mají k dispozici, se astronomové pravděpodobně dozvědí ještě více o nejzáhadnějších a nejsilnějších silách při práci v našem vesmíru.
