Sfondi i valëve gravitacionale (GWB): Një përparim në zbulimin e drejtpërdrejtë

Vala gravitacionale u zbulua drejtpërdrejt për herë të parë në vitin 2015, pas një shekulli parashikimi të saj nga Teoria e Përgjithshme e Relativitetit e Ajnshtajnit në vitin 1916. Por, Sfondi i vazhdueshëm me frekuencë të ulët i valëve gravitacionale (SFG) që mendohet të jetë i pranishëm në të gjithë universin , nuk është zbuluar drejtpërdrejt deri më tani. Studiuesit në Observatorin e Amerikës së Veriut për Valët Gravitacionale Nanohertz (NANOGrav) kanë raportuar së fundmi zbulimin e një sinjali me frekuencë të ulët që mund të jetë 'Sfondi me valë gravitacionale (SFG)'.

Teoria e përgjithshme e relativitetit e propozuar nga Ajnshtajni në vitin 1916 parashikon që ngjarjet e mëdha kozmike, të tilla si supernova ose bashkimi i vrimave të zeza, duhet të prodhojnë valë gravitacionale që përhapen nëpër Univers . Toka duhet të jetë e mbushur me valë gravitacionale nga të gjitha drejtimet gjatë gjithë kohës, por këto nuk zbulohen sepse bëhen jashtëzakonisht të dobëta kur arrijnë në Tokë. U desh rreth një shekull për të bërë një zbulim të drejtpërdrejtë të valëzimeve gravitacionale kur në vitin 2015 ekipi LIGO-Virgo pati sukses në zbulimin e valëve gravitacionale të prodhuara për shkak të bashkimit të dy vrimave të zeza të vendosura në një distancë prej 1.3 miliardë vitesh dritë nga Toka ⁽¹⁾ . Kjo gjithashtu do të thoshte se valëzimet e zbuluara ishin bartëse informacioni rreth ngjarjes kozmike që ndodhi rreth 1.3 miliardë vjet më parë.

Që nga zbulimi i parë në vitin 2015, deri më sot është regjistruar një numër i mirë valëzimesh gravitacionale . Shumica e tyre ishin për shkak të bashkimit të dy vrimave të zeza , pak ishin për shkak të përplasjes së dy yjeve neutrone ⁽²⁾ . Të gjitha valët gravitacionale të zbuluara deri më tani ishin episodike, të shkaktuara për shkak të çifteve binare të vrimave të zeza ose yjeve neutrone që rrotulloheshin në spirale dhe bashkoheshin ose përplaseshin me njëri-tjetrin ⁽³⁾ dhe ishin me frekuencë të lartë, gjatësi vale të shkurtër (në diapazon milisekondash).

Megjithatë, meqenëse ekziston mundësia e një numri të madh burimesh të valëve gravitacionale në univers , shumë valë gravitacionale së bashku nga e gjithë universi mund të kalojnë vazhdimisht nëpër tokë gjatë gjithë kohës duke formuar një sfond ose zhurmë. Kjo duhet të jetë një sfond i vazhdueshëm, i rastësishëm dhe me frekuencë të ulët. Është vlerësuar se një pjesë e tij mund të ketë origjinën edhe nga Big Bengu. I quajtur Sfond i Valëve Gravitacionale (GWB), kjo nuk është zbuluar deri më tani ⁽³⁾.

Por mund të jemi në prag të një përparimi - studiuesit në Observatorin e Amerikës së Veriut Nanohertz për Valët Gravitacionale (NANOGrav) kanë raportuar zbulimin e një sinjali me frekuencë të ulët që mund të jetë 'Sfondi i Valëve Gravitacionale (GWB)' ^(4,5,6).

Ndryshe nga ekipi LIGO-virgo i cili zbuloi valë gravitacionale nga çifte individuale të vrimave të zeza , ekipi NANOGrav ka kërkuar valë gravitacionale të vazhdueshme, të ngjashme me zhurmën, të 'kombinuara' të krijuara gjatë një periudhe shumë të gjatë kohore nga vrima të zeza të panumërta në univers . Fokusi ishte në valën gravitacionale të 'gjatësisë së valës shumë të gjatë' në anën tjetër të 'spektrit të valëve gravitacionale'.

Ndryshe nga drita dhe rrezatimet e tjera elektromagnetike, valët gravitacionale nuk mund të vëzhgohen drejtpërdrejt me teleskop.  

Ekipi i NANOGrav zgjodhi pulsarë milisekondë (MSP) që rrotullohen shumë shpejt me stabilitet afatgjatë. Ekziston një model i qëndrueshëm i dritës që vjen nga këta pulsues, i cili duhet të ndryshohet nga vala gravitacionale. Ideja ishte të vëzhgohej dhe monitorohej një ansambël pulsarësh milisekondë (MSP) ultra të qëndrueshëm për ndryshime të korreluara në kohën e mbërritjes së sinjaleve në Tokë, duke krijuar kështu një detektor valësh gravitacionale " me madhësinë e një galaktike " brenda galaktikës sonë . Ekipi krijoi një grup kohëzues pulsarësh duke studiuar 47 pulsarë të tillë. Observatori Arecibo dhe Teleskopi Green Bank ishin radioteleskopët e përdorur për matjet.

Grupi i të dhënave të marra deri më tani përfshin 47 MSP dhe mbi 12.5 vjet vëzhgime. Bazuar në këtë, nuk është e mundur të vërtetohet përfundimisht zbulimi i drejtpërdrejtë i GWB megjithëse sinjalet e zbuluara me frekuencë të ulët tregojnë shumë këtë. Ndoshta, hapi tjetër do të ishte përfshirja e më shumë pulsarëve në grup dhe studimi i tyre për një periudhë më të gjatë kohore për të rritur ndjeshmërinë.  

Për të studiuar universin , shkencëtarët vareshin ekskluzivisht nga rrezatimet elektromagnetike si drita, rrezet X, valët e radios etj. Duke qenë krejtësisht i palidhur me rrezatimin elektromagnetik, zbulimi i gravitetit në vitin 2015 hapi një dritare të re mundësish për shkencëtarët për të studiuar trupat qiellorë dhe për të kuptuar universin , veçanërisht ato ngjarje qiellore që janë të padukshme për astronomët elektromagnetikë. Për më tepër, ndryshe nga rrezatimi elektromagnetik, valët gravitacionale nuk bashkëveprojnë me materien, prandaj udhëtojnë praktikisht të papenguara duke mbajtur informacion rreth origjinës dhe burimit të tyre pa asnjë shtrembërim. ⁽³⁾

Zbulimi i Sfondit të Valëve Gravitacionale (GWB) do ta zgjeronte më tej mundësinë. Madje mund të bëhet e mundur të zbulohen valët e gjeneruara nga Big Bengu, gjë që mund të na ndihmojë të kuptojmë më mirë origjinën e universit .

***

DOI: https://doi.org/10.29198/scieu/2101121

***

Referencat:  

1. Castelvecchi D. dhe Witze A., 2016. Më në fund u gjetën valët gravitacionale të Ajnshtajnit. Nature News 11 shkurt 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361  

2. Castelvecchi D., 2020. Çfarë zbulojnë 50 ngjarje të valëve gravitacionale për Universin. Nature News Publikuar më 30 tetor 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0  

3. LIGO 2021. Burimet dhe llojet e valëve gravitacionale. E disponueshme në internet në https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Arritur më 12 janar 2021. 

4. Bashkëpunimi NANOGrav, 2021. NANOGrav gjen "Sigurimet e para" të mundshme të sfondit të valëve gravitacionale me frekuencë të ulët. E disponueshme në internet në http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Arritur më 12 janar 2021 

5. Bashkëpunimi NANOGrav 2021. Konferencë për shtyp – Kërkimi i sfondit të valëve gravitacionale në 12.5 vjet të të dhënave NANOGrav. 11 janar 2021. E disponueshme në internet në http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf  

6. Arzoumanian Z., et al 2020. Grupi i të dhënave NANOGrav 12.5 yr: Kërko për një Sfond Izotropik Stokastik të valëve gravitacionale. The Astrophysical Journal Letters, Volume 905, Number 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401  

***