Gravitace | Úvod

Gravitační interakce je jediná interakce, která působí na všechny objekty ve vesmíru. Není výběrová. Jde o interakci, která výraznou měrou určuje strukturu vesmíru. První velké úspěchy při poznání gravitace slavil Isaac Newton. Objevil univerzální gravitační zákon, podle kterého padají předměty na Zemi, pohybuje se Měsíc kolem Země, planety kolem Slunce a kterým se řídí i ohromné hvězdné ostrovy, kterým říkáme galaxieGalaxie – kompaktní seskupení hvězd, hvězdných asociací, otevřených a kulových hvězdokup, mezihvězdné látky a temné hmoty. Galaxie se liší svou strukturou (spirální, eliptické, nepravidelné,…), vyzařovaným výkonem (neaktivní, aktivní, rádiové, Seyfertovy,…) a zejména svojí hmotností. Hmotnost je udávána v miliardách až stovkách miliard hmotností Slunce. Galaxie jsou obvykle součástmi vyšších celků, jako jsou kupy, nadkupy, vlákna a stěny. V centrech většiny galaxií se nacházejí obří černé díry.. Ve Sluneční soustavě, ale i jinde, existují energeticky výhodné dráhy, klikaté koridory, které propojují Lagrangeovy bodyLagrangeovy body – pět bodů v sousedství dvou obíhajících hmotných těles, ve kterých je gravitační a odstředivá síla vyrovnána. Polohu těchto bodů poprvé vypočítal italsko-francouzský matematik Joseph-Louis Lagrange. Velmi výhodné je například umístění sond určených k pozorování vzdáleného vesmíru do Lagrangeova bodu L2 soustavy Země-Slunce, který je vzdálený od Země 1 500 000 km ve směru od Slunce (WMAP, Planck, Herschel). Naopak, do bodu L1 soustavy Země-Slunce se umísťují sondy určené pro monitorování Slunce (například SOHO). Lagrangeův bod L3 soustavy Země-Slunce leží opačné straně Slunce, nepatrně dále, než je oběžná dráha Země. Body L4 a L5 neleží na spojnici obou těles, ale tvoří s nimi rovnostranné trojúhelníky., v nichž se všechny síly vyrovnávají. Pokud se vesmírná sonda pohybuje po takové gravitační superdálnici, spotřebuje minimální množství paliva.

Gravitační superdálnice, simulace Cici/Konig/PA/NASA/JPL.

Přesto Newtonův gravitační zákon selhává při silných polích a vysokých rychlostech částic. Není v něm zabudována rychlost šíření interakce a není relativistický. Dnešní obecná relativitaObecná relativita – teorie gravitace publikovaná Albertem Einsteinem v roce 1915. Její základní myšlenkou je tvrzení, že každé těleso svou přítomností zakřivuje prostor a čas ve svém okolí. Ostatní tělesa se v tomto pokřiveném světě pohybují po nejrovnějších možných drahách, tzv. geodetikách. pracuje s časoprostorem, který tělesa svou přítomností zakřivují a v němž se pohybují po nejrovnějších možných drahách. Nové pojetí gravitace předpovídá mnohé nové jevy: dráhy těles kolem hmotného centra již nejsou elipsy, světlo se v křivém časoprostoru ohýbá, existují gravitační čočkyGravitační čočka – efekt gravitační čočky předpověděl v roce 1924 ruský fyzik Orest Chvolson a v roce 1936 Albert Einstein. Hmotný objekt (zpravidla velká galaxie) ležící mezi zdrojem záření a pozorovatelem zakřivuje světelné paprsky podobně jako skleněná čočka v laboratoři. Jsou-li objekty dokonale na přímce, vznikne jako obraz vzdálené galaxie tzv. Einsteinův prstenec. Jsou-li objekty mimo osu, vznikne buď oblouk, několikanásobný obraz nebo zdeformovaný obraz vzdálené galaxie či kvazaru. První gravitační čočka byla objevena v roce 1979., existují zkolabované hvězdy – černé díryČerná díra – objekt, který kolem sebe zakřiví čas a prostor natolik, že z něho nemůže uniknout ani světlo. Část z nich vzniká kolapsem hvězdy v zá­vě­reč­ných fázích vývoje. Druhou skupinu tvoří obří černé díry sídlící v centrech galaxií. Rotující černé díry kolem sebe vytvářejí akreční disky látky a v ose rotace výtrysky vysoce urychlených částic. Paradoxně akreční disky i výtrysky, vznikající v bezprostředním okolí černé díry, velmi intenzivně vyzařují., vesmír jako celek expanduje a objekty s nenulovým kvadrupólovým momentem vyzařují gravitační vlnyGravitační vlna – periodicky se šířící zakřivení času a prostoru. Může vzniknout v okolí těles s nenulovým kvadrupólovým momentem, například kolem dvojice rotujících kompaktních hvězd. Právě tyto vlny by měly být nejběžnější a mít frekvenci od 0,1 mHz do 10 kHz. K první přímé detekci gravitačních vln došlo dne 14. září 2015. Gravitační záblesk ze splynutí dvou černých děr středních hmotností ve vzdálenosti 1,3 miliardy světelných roků zachytily oba americké přístroje LIGO.. V současnosti se připravují fascinující experiementy, které by mohly polapit i gravitační vlny ze samotného vzniku vesmíru.