Astrofizikanët vendosin kufizime në lëndën e errët kompakte nga mikrothjerrëza e valëve gravitacionale

Ekzistenca e materies së errët mbetet një nga misteret më të mëdha të universit. Ndërsa studimet kanë lënë të kuptohet në mënyrë indirekte për ekzistencën e saj, natyra e saj e padukshme e bën këtë substancë të pakapshme shumë të vështirë për t’u zbuluar, kështu që përbërja e saj mbetet e panjohur.

Materia e errët mund të përbëhet nga grimca themelore dhe ekzotike që ende nuk janë zbuluar. Përndryshe, ai mund të përbëhet nga shumë objekte masive dhe kompakte, të tilla si vrimat e zeza primordiale (d.m.th., vrimat e zeza të formuara në universin e hershëm).

Gjatë dekadave të fundit, shumë ekipe shkencëtarësh në mbarë botën kanë qenë në kërkim të lëndës së errët, duke përdorur një mori teknikash, teleskopësh, detektorësh dhe të dhënash vëzhgimi. Ndërsa shumica e këtyre kërkimeve ishin të pasuksesshme, ato ndihmuan në drejtimin dhe ngushtimin e kërkimeve të mëvonshme.

Studiuesit në Qendrën Ndërkombëtare për Studime Teorike të Institutit Tata të Kërkimeve Fundamentale në Bangalore, Indi, kanë vendosur kohët e fundit kufizime të reja në fraksionin e materies së errët kompakte nga mikrothjerrëzimi i valëve gravitacionale. Punimi i tyre, i botuar në The Astrophysical Journal Letters, prezanton një mënyrë të re për të hetuar natyrën e materies së errët duke kërkuar efekte mikrolenzuese në valët gravitacionale.

“Sipas teorisë së relativitetit të përgjithshëm të Ajnshtajnit, objektet masive përkulin dritën siç bëjnë thjerrëzat optike normale,” i tha Phys.org Parameswaran Ajith, një nga studiuesit që kreu studimin. “Objektet masive, të tilla si vrimat e zeza që shtrihen midis burimit astronomik dhe vëzhguesit, mund të zmadhojnë burimin. Ky fenomen, i quajtur mikrolensimi gravitacional, është shfaqur si një mjet i fuqishëm për astronomët.”

Megjithë përpjekjet e gjera kërkimore në këtë fushë, astronomët deri më tani nuk kanë qenë në gjendje të vëzhgojnë efektet mikrolentuese të prodhuara nga vrimat e zeza. Kjo sugjeron që vrimat e zeza që janë shumë më të lehta se dielli, të cilat do të prodhonin mikrolensimin e dritës, janë të rralla.

“Edhe nëse këto vrima të zeza ekzistojnë, ato ka të ngjarë të përbëjnë vetëm një pjesë shumë të vogël të materies së errët,” tha Ajith. “Teoria parashikon që valët gravitacionale gjithashtu do të trajtohen në të njëjtën mënyrë. Nëse vrimat e zeza fillestare që janë shumë më masive se dielli janë të bollshme në univers, ato do të shtrembërojnë valët gravitacionale.”

Në vitin 2003, disa fizikanë teorikë llogaritën me saktësi natyrën e shtrembërimeve të valëve gravitacionale. Pothuajse dy dekada më vonë, Sunghoon Jung dhe Chang Sub Shin, dy shkencëtarë në Universitetin Kombëtar të Seulit dhe Qendra IBS për Fizikën Teorike të Universit sugjeruan që mosvëzhgimi i këtyre shtrembërimeve nga bashkëpunimet LIGO dhe Virgo mund të ndihmojë në kufizimin e bollëkut të vrimat e zeza që janë dukshëm më masive se dielli.

Punimi i fundit nga Ajith dhe kolegët e tij merr frymëzim nga këto vepra të mëparshme. Puna e ekipit bazohet në supozimin se nëse një pjesë e konsiderueshme e materies së errët do të përbëhej nga objekte kompakte, këto objekte do të shkaktonin efekte mikrolenzuese në sinjalet e valëve gravitacionale të zbuluara periodikisht nga detektorët LIGO dhe Virgo.

“Në vitin 2018, në bashkëpunim me kolegët në bashkëpunimin LIGO-Virgo, ne kishim kërkuar për nënshkrime të shtrembërimeve të tilla në sinjalet e valëve gravitacionale të vëzhguara nga LIGO dhe Virgo dhe nuk gjetëm asnjë”, tha Ajith. “Megjithatë, meqenëse LIGO dhe Virgo kishin vëzhguar vetëm 10 sinjale të valëve gravitacionale deri atëherë, pritshmëria jonë paraprake për gjetjen e shtrembërimeve të tilla ishte e ulët.”

Së fundmi, Bashkëpunimi LIGO-Virgo njoftoi rezultate të ngjashme të pavlefshme nga ecuria e tretë e vëzhgimit. “Përveç kësaj, Ajith dhe kolegët e tij analizuan në mënyrë të pavarur valët gravitacionale që një grup në Institutin për Studime të Avancuara (IAS) në Princeton kishte zbuluar brenda të dhënave LIGO-Virgo. Në përgjithësi, ata analizuan kështu më shumë se 50 ngjarje të valëve gravitacionale.

Ndërsa studiuesit nuk ishin në gjendje të vëzhgonin shtrembërimet e mikrothjerrëzave në asnjë nga sinjalet që ata analizuan, analizat e tyre i lejuan ata të vendosnin kufizime të mëtejshme për lëndën e errët kompakte. Me fjalë të tjera, ata kufizuan fraksionin e materies së errët që përbëhet nga vrima të zeza masive.

“Kufizimet që kemi marrë deri më tani janë mjaft modeste,” tha Ajith. “Gjithçka që mund të themi është se jo më shumë se 50% e materies së errët është në formën e vrimave të zeza masive, gjë që nuk është informacion i ri. Megjithatë, në vitet e ardhshme, LIGO dhe Virgjëresha pritet të vëzhgojnë qindra deri mijëra Sinjalet e valëve gravitacionale. Këto vëzhgime do të na lejojnë të përmirësojmë ndjeshëm këto kufizime.”

Në të ardhmen, Ajith dhe kolegët e tij planifikojnë të analizojnë të gjitha ngjarjet e reja të valëve gravitacionale të regjistruara nga detektorët LIGO-Virgo. Përveç kësaj, ata shpresojnë se puna e tyre e fundit do të inkurajojë ekipe të tjera që të përdorin mikrolensimin e valëve gravitacionale për të hetuar natyrën e materies së errët.

“Si pjesë e bashkëpunimit LIGO-Virgo, ne po analizojmë të gjitha sinjalet e valëve gravitacionale të zbuluara nga LIGO dhe Virgo gjatë tre vëzhgimeve të tyre të fundit (gjithsej afër 100 ngjarje)”, shtoi Ajith. “Kjo do të përmirësojë pak kufizimin. Megjithatë, ne mezi presim të analizojmë të dhënat nga vëzhgimi i ardhshëm, ku LIGO dhe Virgo pritet të vëzhgojnë qindra sinjale të valëve gravitacionale!”