Valët gravitacionale mund të na ndihmojnë të zbulojmë se sa shpejt po përshpejtohet zgjerimi i universit

Valët gravitacionale të emetuara kur vrimat e zeza të largëta përplasen dhe bashkohen, duke bërë që vetë pëlhura e hapësirë-kohës të bjerë si një zile, mund të përdoren për të ndihmuar në matjen e shkallës me të cilën universi po zgjerohet, raporton një studim i ri.

Që nga fundi i viteve 1990, astronomët e kanë ditur se jo vetëm që universi po zgjerohet, por po e bën këtë me një ritëm të përshpejtuar. Shkaku i këtij të ashtuquajturi përshpejtim të vonshëm ka mbetur misterioz, duke fituar emrin e vendmbajtësit “energji e errët”.

Dhe studiuesit kanë mbetur në mëdyshje nga fakti se dy mënyrat kryesore për të matur zgjerimin kozmik japin vlera të ndryshme për shpejtësinë, e cila quhet konstanta e Hubble. Kjo mospërputhje ka mbetur, edhe pse të dyja metodat janë bërë më të sakta me kalimin e viteve.

Këto dy teknika janë metoda e “kohës së vonë”, e cila merr në konsideratë shpejtësinë e galaktikave dhe distancën e tyre nga ne, dhe metoda e “kohës së hershme”, e cila studion “dritën fosile” menjëherë pas Big Bengut të quajtur sfondi kozmik i mikrovalës. .

Matjet në kohë të vonshme aktualisht japin një shkallë zgjerimi prej afërsisht 73 ± 1 kilometra në sekondë për megaparsek, ndërsa matjet e hershme japin një vlerë prej 67,5 ± 0,5 km/s për megaparsek.

Kjo ka bërë që shkencëtarët të kërkojnë një metodë vërtetuese për matjen e konstantës së Hubble. Dhe këtu hyn studimi i ri.

Studimi i ri sugjeron përdorimin e një fenomeni të parashikuar nga Albert Einstein dhe që zakonisht lidhet me shtrembërimin e dritës të quajtur lente gravitacionale për të matur konstantën e Hubble.

Lente gravitacionale është një efekt që lind nga teoria e relativitetit të përgjithshëm të Ajnshtajnit. Teoria e gravitetit të fizikanit të madh të vitit 1915 parashikon se masa ka një efekt deformues në hapësirë dhe kohë, të bashkuar si një entitet katërdimensional i quajtur hapësirë-kohë.

Kjo shtrembërim do të thotë se, kur drita nga një burim sfondi kalon një objekt me masë të madhe si një galaktikë, rruga e tij përkulet nga kjo “thjerrë gravitacionale”. Ky efekt mund të rezultojë në zmadhimin e burimit të sfondit dhe përdoret me efekt të madh për të parë galaktikat e hershme nga observatorë si teleskopi hapësinor James Webb i NASA-s (JWST).

Thjerrëza gravitacionale zakonisht shoqërohet me dritë. Por valët gravitacionale – valëzimet në hapësirë-kohë të krijuara nga objektet me përshpejtim me masë të madhe, të tilla si dy vrimat e zeza që rrotullohen në spirale drejt njëra-tjetrës – duhet të preken në mënyrë të ngjashme. Kjo do të thotë se valët gravitacionale nga këto ngjarje të dhunshme bashkimi duhet të shfaqin gjithashtu lente gravitacionale, siç bën drita.

Drita mund të kalojë rrugë të ndryshme përtej një objekti me thjerrëza, sepse sasia që ajo devijohet varet nga sa afër i afrohet thjerrëzës gravitacionale. Kjo do të thotë se drita arrin në Tokë në kohë të ndryshme dhe kjo vonesë kohore mund të rezultojë në shfaqjen e të njëjtit objekt në shumë vende në një imazh të vetëm. Duke qenë se valët gravitacionale mund të kalojnë gjithashtu shtigje të ndryshme përtej një lente gravitacionale, ato duhet gjithashtu të shfaqin një vonesë të ngjashme kohore të mbërritjes, që do të thotë se detektorët e valëve gravitacionale, në teori, mund të zbulojnë valë gravitacionale nga e njëjta ngjarje në kohë të ndryshme.

Kjo mund të përdoret si një masë e konstantës së Hubble, thanë anëtarët e ekipit të studimit. Kjo për shkak se shkalla e zgjerimit të universit ndikon në distancën midis burimeve të valëve gravitacionale – bashkimet e vrimave të zeza, për shembull   – – dhe galaktikës që shtrembëron hapësirë-kohën dhe vepron si lente gravitacionale dhe distancë nga Toka.

Ekipi tha se sasia e lenteve të valëve gravitacionale duhet të varet nga shpejtësia e zgjerimit të universit dhe, si rrjedhim, nga konstanta e Hubble. Ata sugjerojnë se një konstante më e madhe Hubble do të rezultonte në një fraksion më të lartë të bashkimeve të vrimave të zeza me lente dhe gjithashtu vlera më të vogla të vonesës kohore në krahasim me atë që do të shihej në rastin e një konstante më të vogël Hubble.

Avantazhi i matjes së shkallës së zgjerimit të universit me valë gravitacionale dhe jo me dritë është se këto valëzime nuk ndikohen kur kalojnë nëpër retë masive të gazit dhe pluhurit, ndërsa drita mund të absorbohet ose të ndryshojë frekuenca e saj. Kjo do të thotë se teknika mund t’i lejojë astronomët të “shikojnë” më tej në historinë e universit sesa lejohet nga drita me lente të forta.

Shkencëtarët nuk kanë zbuluar ende një efekt të fortë lente gravitacionale në valët gravitacionale nga bashkimi i vrimave të zeza, dhe teknika e sugjeruar nga ekipi do të varet nga një katalog i mijëra ngjarjeve të valëve gravitacionale, i cili nuk është ende i disponueshëm. Valët e para gravitacionale u zbuluan për herë të parë vetëm në 2015, kështu që kjo është ende një fushë e re e shkencës. Megjithatë, zhvillime të mëdha janë në vazhdim.

Ndjeshmëria e detektorëve të valëve gravitacionale me bazë tokësore është përmirësuar me përmirësimet e rëndësishme të kohëve të fundit në Observatorin e Valëve Gravitacionale me Interferometër Laser (LIGO), Virgo dhe Detektorin e valëve gravitacionale Kamioka (KAGRA). Për më tepër, detektori i parë i valëve gravitacionale me bazë në hapësirë, Antena Hapësinore me Interferometër Laser në Evropë (LISA), do të nisë në vitin 2037.

Me këto instrumente të përmirësuara, shkencëtarët mund të fillojnë të ndërtojnë një bazë të dhënash që lejon vëzhgimin e lenteve gravitacionale në valët gravitacionale. Në këto të dhëna, ekipi pret të gjejë një pjesë të vogël të sinjaleve të përsëritura nga të njëjtat ngjarje të bashkimit të vrimave të zeza, ashtu si të njëjtat burime drite të largëta shfaqen shumë herë në imazhet JWST për shkak të lenteve gravitacionale.

“Një qëllim kryesor shkencor i detektorëve të ardhshëm është të ofrojnë një katalog gjithëpërfshirës të ngjarjeve të valëve gravitacionale dhe ky do të jetë një përdorim krejtësisht i ri i të dhënave të jashtëzakonshme,” bashkautori i studimit Tejaswi Venumadhav Nerella, një astrofizikan teorik në Universitetin e Kalifornisë. Santa Barbara, thuhet në një deklaratë.