Inventari në rritje i vrimave të zeza ofron një hetim radikal të kozmosit

Kur u zbulua përplasja e parë e vrimës së zezë në vitin 2015, ishte një moment vendimtar në historinë e astronomisë. Me valët gravitacionale, astronomët po vëzhgonin universin në një mënyrë krejtësisht të re. Por kjo ngjarje e parë nuk e revolucionarizoi kuptimin tonë për vrimat e zeza – as nuk mundi. Kjo përplasje do të ishte e para nga shumë, astronomët e dinin, dhe vetëm me atë bujari do të vinin përgjigjet.

“Zbulimi i parë ishte emocioni i jetës sonë,” tha Vicky Kalogera, një astrofizikane në Universitetin Northwestern dhe pjesë e bashkëpunimit të Observatorit Gravitacional-Valë Gravitacionale me Interferometër Laser (LIGO) që bëri zbulimin e vitit 2015. “Por ju nuk mund të bëni astrofizikë me një burim.”

Tani, fizikanët e valëve gravitacionale si Kalogera thonë se po hyjnë në një epokë të re të astronomisë së vrimave të zeza, të nxitur nga një rritje e shpejtë e numrit të vrimave të zeza që po vëzhgojnë.

Katalogu i fundit i këtyre të ashtuquajturave bashkime binare të vrimave të zeza – rezultat i dy vrimave të zeza që rrotullohen drejt njëra-tjetrës dhe përplasen – ka katërfishuar të dhënat e bashkimit të vrimave të zeza të disponueshme për studim. Tani ka pothuajse 50 bashkime për astrofizikanët për t’u shqyrtuar, me dhjetëra të tjera që priten në muajt e ardhshëm dhe qindra të tjera në vitet e ardhshme.

“Astrofizika e vrimës së zezë po revolucionarizohet nga valët gravitacionale sepse numrat janë kaq të mëdhenj. Dhe numrat na lejojnë të bëjmë pyetje cilësore të ndryshme”, tha Kalogera. “Ne kemi hapur një thesar.”

Në fuqinë e këtyre të dhënave, studime të reja statistikore kanë filluar të zbulojnë sekretet e këtyre objekteve enigmatike: si formohen vrimat e zeza dhe pse bashkohen ato. Ky inventar në rritje i vrimave të zeza mund të ofrojë gjithashtu një mënyrë të re për të hetuar evolucionin kozmologjik – nga Big Bengu deri në lindjen e yjeve të parë dhe rritjen e galaktikave.

“Padyshim që nuk e prisja që ne do t’i shikonim këto pyetje kaq shpejt pas zbulimit të parë,” tha Maya Fishbach, një astrofizikane në Northwestern. “Fusha ka shpërthyer.”

Përpara se vrimat e zeza të mund të përdoren për të studiuar kozmosin në tërësi, astrofizikanët duhet së pari të kuptojnë se si janë krijuar ato. Dy teori kanë dominuar debatin deri më tani.

Disa astronomë sugjerojnë se shumica e vrimave të zeza e kanë origjinën brenda grupimeve të mbushura me yje – rajone që ndonjëherë janë një milion herë më të dendura se oborri ynë galaktik. Sa herë që një yll shumë masiv shpërthen, ai lë pas një vrimë të zezë që fundoset në mes të grupit yjor. Qendra e grupit bëhet e trashë me vrima të zeza, të cilat ndërthuren nga graviteti në një valle kozmike fatale. Astronomët e quajnë këtë formacion “dinamik” të vrimës së zezë.

Të tjerë sugjerojnë se binarët e vrimave të zeza fillojnë si çifte yjesh në zona relativisht të shkreta të galaktikave. Pas një jete të gjatë dhe kaotike së bashku, ata gjithashtu shpërthejnë, duke krijuar një palë vrima të zeza “të izoluara” që vazhdojnë të rrotullohen rreth njëra-tjetrës.

“Ka pasur një perceptim se është një luftë midis modeleve dinamike dhe atyre të izoluara,” tha Daniel Holz, një astrofizikan në Universitetin e Çikagos.

Tendenca e shumë teoricienëve për të mbrojtur vetëm një kanal formimi binar të vrimës së zezë buron pjesërisht nga praktikat e punës me shumë pak të dhëna. “Çdo ngjarje u analizua me dashuri, u fiksua dhe u trazua”, tha Holz. “Ne do të bënim një zbulim dhe njerëzit do të përpiqeshin të abstraktonin deklarata shumë të gjera nga një madhësi mostre e një ose dy vrimave të zeza.”

Në të vërtetë, astrofizikanët përdorën zbulimin e parë për të argumentuar për përfundime të kundërta. LIGO gjeti bashkimin e tij të parë të vrimave të zeza jashtëzakonisht shpejt – përpara fillimit zyrtar të vëzhgimit, në fakt – gjë që sugjeroi se sistemet binare të vrimave të zeza janë shumë të zakonshme në univers. Meqenëse vrimat e zeza të izoluara mund të formohen në një gamë të gjerë mjedisesh astrofizike, teoritë që favorizojnë vrimat e zeza të izoluara parashikojnë se do të shohim shumë bashkime.

Të tjerë vunë në dukje se bashkimi i parë përmbante vrima të zeza jashtëzakonisht të mëdha dhe se ekzistenca e këtyre gjigantëve mbështeti teorinë dinamike. Vrima të tilla të zeza të mëdha, arsyetuan ata, mund të krijoheshin vetëm në universin e hershëm, kur mendohet se janë formuar edhe grupime yjore.

Megjithatë, me një madhësi kampioni prej një, pohime të tilla mund të jenë vetëm një “supozim i arsimuar”, tha Carl Rodriguez, një astrofizikan në Universitetin Carnegie Mellon.

Tani të dhënat nga katalogu më i fundit i LIGO tregojnë se binarët e vrimave të zeza janë shumë më pak të zakonshme nga sa pritej. Në fakt, shkalla e bashkimit të vrimave të zeza të vëzhguara tani mund të “shpjegohet plotësisht” nga grupimet e yjeve, sipas një artikulli të postuar nga Rodriguez dhe bashkëpunëtorët e tij në faqen shkencore të paraprintimit arxiv.org në fund të muajit të kaluar. (Përfundimi i punimit është më i matur dhe sugjeron që proceset dinamike dhe të izoluara janë të rëndësishme.)

Përveç kësaj, bashkimet e reja kanë mundësuar një qasje të re ndaj enigmës se nga vijnë vrimat e zeza. Pavarësisht natyrës së tyre të pakapshme, vrimat e zeza janë shumë të thjeshta. Përveç masës dhe ngarkesës, tipari i vetëm që mund të ketë një vrimë e zezë është rrotullimi – një masë se sa shpejt rrotullohet. Nëse një palë vrima të zeza, dhe yjet nga të cilët formohen, jetojnë së bashku gjithë jetën, shtytja dhe tërheqja e vazhdueshme do të përafrojë rrotullimet e tyre. Por nëse ndodh që dy vrima të zeza të ndeshen më vonë në jetë, rrotullimet e tyre do të jenë të rastësishme.

Pas matjes së rrotullimit të vrimave të zeza në grupin e të dhënave LIGO, astronomët tani sugjerojnë se skenarët dinamikë dhe të izoluar janë pothuajse njësoj të mundshëm. Nuk ka “një kanal të vetëm për t’i sunduar të gjithë”, shkroi astrofizikani Michael Zevin dhe bashkëpunëtorët në një paraprintim të kohëve të fundit duke përshkruar një sërë rrugësh të ndryshme që së bashku mund të shpjegojnë këtë popullsi të re dhe në rritje të binarëve të vrimave të zeza.

“Përgjigja më e thjeshtë nuk është gjithmonë e sakta,” tha Zevin. “Është një peizazh më i ndërlikuar dhe sigurisht që është një sfidë më e madhe. Por unë mendoj se është gjithashtu një problem më argëtues për t’u trajtuar.”