Studimi i ri hedh drite mbi teorinë e vrimave të zaza

Vitin e kaluar, Scott Field dhe Gaurav Khanna provuan diçka që nuk duhej të funksiononte. Fakti që në fakt funksionoi mjaft mirë tashmë ka filluar të emocionojë shkencëtarët. Field dhe Khanna janë studiues që përpiqen të kuptojnë se si duhet të duken përplasjet e vrimave të zeza. Këto ngjarje të dhunshme nuk prodhojnë ndezje drite, por më tepër dridhje të zbehta të valëve gravitacionale, duke deformuar vetë hapësirë-kohën. Por vëzhgimi i tyre nuk është aq i thjeshtë sa të ulesh dhe të presësh që hapësira të bjerë si zile. Për të zgjedhur sinjale të tilla, studiuesit duhet të krahasojnë vazhdimisht të dhënat nga detektorët e valëve gravitacionale me daljen e modeleve të ndryshme matematikore – llogaritjet që zbulojnë nënshkrimet e mundshme të një përplasjeje të vrimës së zezë. Pa modele të besueshme, astronomët nuk do të kishin ide se çfarë të kërkonin.

Problemi është se modelet më të besueshme vijnë nga teoria e përgjithshme e relativitetit të Ajnshtajnit, e cila përshkruhet nga 10 ekuacione të ndërlidhura që janë jashtëzakonisht të vështira për t’u zgjidhur. Për të kronizuar ndërveprimet komplekse midis vrimave të zeza që përplasen, nuk mund të përdorni thjesht një stilolaps dhe letër. Zgjidhjet e para të ashtuquajtura relativiteti numerik për ekuacionet e Ajnshtajnit për rastin e një bashkimi të vrimës së zezë u llogaritën vetëm në 2005 – pas dekadash përpjekjesh. Ata kërkonin një superkompjuter të ndezur dhe fikur për dy muaj.

Një observator i valëve gravitacionale si LIGO duhet të ketë një numër të madh zgjidhjesh për t’u përdorur. Në një botë të përsosur, fizikanët thjesht mund të përdorin modelin e tyre për çdo ndryshim të mundshëm të bashkimit – një vrimë e zezë me një masë dhe rrotullim të caktuar që ndeshet me një tjetër me një masë dhe rrotullim të ndryshëm – dhe t’i krahasojnë ato rezultate me atë që sheh detektori. Por llogaritjet kërkojnë shumë kohë. “Nëse më jep një kompjuter mjaft të madh dhe kohë të mjaftueshme, mund të modelosh pothuajse çdo gjë,” tha Scott Hughes, një fizikant në Institutin e Teknologjisë në Massachusetts. “Por ka një çështje praktike. Sasia e kohës së kompjuterit është vërtet e tepruar” — javë ose muaj në një superkompjuter. Dhe nëse ato vrima të zeza kanë përmasa të pabarabarta? Llogaritjet do të zgjasin aq shumë sa studiuesit e konsiderojnë detyrën praktikisht të pamundur. Për shkak të kësaj, fizikanët në mënyrë efektive nuk janë në gjendje të dallojnë përplasjet midis vrimave të zeza me raport masiv më të madh se 10-me-1.

Kjo është një arsye pse puna e re e Field dhe Khanna është kaq emocionuese. Field, një matematikan në Universitetin e Masaçusets, Dartmouth, dhe Khanna, një fizikan në Universitetin e Rhode Island, kanë bërë një supozim që i thjeshton shumë çështjet: Ata e trajtojnë vrimën e zezë më të vogël si një “grimcë me pikë” – një grimcë pluhuri. , një objekt me masë, por me rreze zero dhe pa horizont ngjarjesh.

“Është si dy anije që kalojnë në oqean – njëra një varkë me varkë, tjetra një lundrim”, shpjegoi Field. “Ju nuk do të prisni që varka me rrema të ndikojë në trajektoren e linjës së lundrimit në asnjë mënyrë. Ne po themi se anija e vogël, varka me rrema, mund të injorohet plotësisht në këtë transaksion.”

Ata prisnin që ajo të funksiononte kur masa më e vogël e vrimës së zezë ishte me të vërtetë si ajo e një varke me varkë në krahasim me një anije lundrimi. “Nëse raporti i masës është në rendin 10,000-me-1, ne ndihemi shumë të sigurt për ta bërë atë përafrim,” tha Khanna.

Por në hulumtimin e botuar vitin e kaluar, ai dhe Field, së bashku me studentin e diplomuar Nur Rifat dhe fizikanin e Cornell, Vijay Varma, vendosën të testonin modelin e tyre në raportet e masës deri në 3-me-1 – një raport kaq i ulët sa nuk kishte qenë kurrë. u përpoq, kryesisht sepse askush nuk e konsideronte se ia vlente të provohej. Ata zbuluan se edhe në këtë ekstrem të ulët, modeli i tyre u pajtua, në rreth 1%, me rezultatet e marra duke zgjidhur grupin e plotë të ekuacioneve të Ajnshtajnit – një nivel i mahnitshëm saktësie.

“Ajo ishte kur unë me të vërtetë fillova t’i kushtoja vëmendje,” tha Hughes. Rezultatet e tyre në raportin e masës 3, shtoi ai, ishin “mjaft të pabesueshme”.

“Është një rezultat i rëndësishëm,” tha Niels Warburton, një fizikant në Kolegjin Universitar të Dublinit, i cili nuk ishte i përfshirë në hulumtim.

Suksesi i modelit të Field dhe Khanna deri në raportet 3 me 1 u jep studiuesve shumë më tepër besim në përdorimin e tij në raportet 10 me 1 dhe më lart. Shpresa është se ky model, ose një i ngjashëm me të, mund të funksionojë në regjime ku relativiteti numerik nuk mundet, duke i lejuar studiuesit të shqyrtojnë një pjesë të universit që ka qenë kryesisht e padepërtueshme.