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 të parashikimit të tij nga Teoria e Përgjithshme e Relativitetit të Ajnshtajnit në vitin 1916. Por, frekuenca e vazhdueshme dhe e ulët Gravitacionale-Sfondi i valës (GWB) që mendohet të jetë i pranishëm në të gjithë univers nuk është zbuluar drejtpërdrejt deri më tani. Studiuesit në Observatorin Nanohertz të Amerikës së Veriut për Valët gravitacionale (NANOGrav) së fundmi kanë raportuar zbulimin e një sinjali me frekuencë të ulët që mund të jetë "Sfondi i valëve gravitacionale (GWB)".   

Teoria e përgjithshme e relativitetit e propozuar nga Ajnshtajni në vitin 1916 parashikon që ngjarje të mëdha kozmike si supernova ose bashkimi i vrimat e zeza duhet të prodhojë valët gravitacionale që përhapen përmes Univers. Toka duhet të lahet me valët gravitacionale nga të gjitha drejtimet gjatë gjithë kohës, por këto janë të pazbuluara sepse bëhen jashtëzakonisht të dobëta në kohën kur arrijnë në tokë. U desh rreth një shekull për të bërë një zbulim të drejtpërdrejtë të valëve gravitacionale kur në 2015 ekipi LIGO-Virgo ishte i suksesshëm në zbulimin valët gravitacionale prodhuar për shkak të bashkimit të dy vrimat e zeza ndodhet në një distancë prej 1.3 miliardë vite dritë nga Toka ⁽¹⁾. Kjo do të thoshte gjithashtu se valëzimet e zbuluara ishin bartës të informacionit për ngjarjen kozmike që ndodhi rreth 1.3 miliardë vjet më parë.  

Që nga zbulimi i parë në 2015, një numër i mirë i valëzime gravitacionale janë regjistruar deri më sot. Shumica e tyre ishin për shkak të bashkimit të dy vrimat e zeza, pak ishin për shkak të përplasjes së dy yjeve neutron ⁽²⁾. Të gjitha të zbuluara valët gravitacionale deri më tani ishin episodike, të shkaktuara për shkak të çiftit binar të vrimat e zeza ose yjet neutrone që rrotullohen dhe bashkohen ose përplasen me njëri-tjetrin ⁽³⁾ dhe ishin me frekuencë të lartë, me gjatësi vale të shkurtër (në varg milisekonda).   

Megjithatë, meqenëse ekziston mundësia e numrit të madh të burimeve të valët gravitacionale në univers prandaj shumë valët gravitacionale së bashku nga e gjithë univers mund të jetë vazhdimisht duke kaluar nëpër tokë gjatë gjithë kohës duke formuar një sfond ose zhurmë. Kjo duhet të jetë e vazhdueshme, e rastësishme dhe me valë të vogla me frekuencë të ulët. Vlerësohet se një pjesë e tij madje mund të ketë origjinën nga Big Bengu. I thirrur Gravitacionale-Sfondi i valës (GWB), kjo nuk është zbuluar deri më tani ⁽³⁾.  

Por ne mund të jemi në prag të një përparimi - studiuesit në Observatorin Nanohertz të Amerikës së Veriut 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 që zbuloi valë gravitacionale nga çiftet individuale të vrimat e zeza, Ekipi NANOGrav ka kërkuar për këmbëngulje, zhurmë si, 'të kombinuar' valë gravitacionale krijuar për një periudhë shumë të gjatë kohore nga një numër i madh vrimat e zeza në univers. Fokusi ishte në 'gjatësi valore shumë të gjatë' valë gravitacionale në skajin tjetër të 'spektrit të valëve gravitacionale'.

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

Ekipi NANOGrav zgjodhi milisekonda pulsarët (MSP) që rrotullohen shumë shpejt me stabilitet afatgjatë. Ekziston një model i qëndrueshëm i dritës që vjen nga këta pulsues të cilët duhet të ndryshohen nga vala gravitacionale. Ideja ishte të vëzhgohej dhe monitorohej një grup pulsarësh ultra të qëndrueshëm milisekonda (MSP) për ndryshime të ndërlidhura në kohën e mbërritjes së sinjaleve në Tokë duke krijuar kështu një "Kashta e KumtritDetektor i valëve gravitacionale me madhësinë tonë brenda nesh Kashta e Kumtrit. Ekipi krijoi një grup kohor pulsar duke studiuar 47 pulsarë të tillë. Observatori Arecibo dhe Teleskopi Green Bank ishin radio teleskopët e përdorur për matje.   

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 univers, shkencëtarët vareshin ekskluzivisht nga rrezatimet elektromagnetike si drita, rrezet X, radio valë etj. Duke qenë plotësisht i palidhur me rrezatimin elektromagnetik, zbulimi i gravitacionit në vitin 2015 hapi një dritare të re mundësie për shkencëtarët për të studiuar trupat qiellorë dhe për të kuptuar univers sidomos ato ngjarje qiellore të cilat janë të padukshme për astronomët elektromagnetikë. Për më tepër, ndryshe nga rrezatimi elektromagnetik, valët gravitacionale nuk ndërveprojnë me materien, kështu që udhëtojnë praktikisht të papenguara duke mbajtur informacione rreth origjinës dhe burimit të tyre pa ndonjë shtrembërim.⁽³⁾

Zbulimi i sfondit të valëve gravitacionale (GWB) do të zgjeronte më tej mundësinë. Madje mund të bëhet e mundur të zbulohen valët e gjeneruara nga Big Bang, gjë që mund të na ndihmojë të kuptojmë origjinën e tyre univers në një mënyrë më të mirë.

***

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  

***