Astronomët kanë zbuluar një përplasje mes dy vrimave të zeza me detaje të pashembullta, duke ofruar pamjen më të qartë deri tani mbi natyrën e këtyre çudirave kozmike dhe duke konfirmuar parashikime të hershme të bëra nga fizikanët legjendarë Albert Ajnshtajn dhe Stiven Hoking.
Ngjarja, e quajtur GW250114, u dallua në janar nga studiuesit që përdorën Observatorin e Valëve Gravitacionale me Interferometër me Laser (LIGO), dy instrumente identike në Luizianë dhe Uashington. Instrumentet zbuluan valë gravitacionale, dridhje të zbehta në hapësirë-kohë të prodhuara nga përplasja e vrimave të zeza me njëra-tjetrën.
Kërkimi për valët gravitacionale, fenomene të parashikuara që në vitin 1915 si pjesë e teorisë së relativitetit të Ajnshtajnit, është mënyra e vetme për të identifikuar përplasjet e vrimave të zeza nga Toka. Ajnshtajni besonte se valët do të ishin shumë të dobëta për t’u zbuluar, por në shtator 2015, LIGO i regjistroi ato për herë të parë, duke sjellë më pas Çmimin Nobel për tre shkencëtarët kryesorë.
Vrimat e zeza të zbuluara rishtazi kishin secila rreth 30 deri 35 herë masën e diellit dhe rrotulloheshin shumë ngadalë, tha Maksimiliano Isi, profesor i asociuar në Universitetin e Kolumbias, i cili udhëhoqi studimin e botuar në Physical Review Letters. “Vrimat e zeza ishin rreth 1 miliard vite dritë larg, duke u rrotulluar njëra rreth tjetrës pothuajse në një rreth të përsosur,” tha Isi. “Vrima e zezë që rezultoi kishte rreth 63 herë masën e diellit, duke u rrotulluar me 100 herë në sekondë.”
Këto karakteristika e bëjnë bashkimin pothuajse një kopje të saktë të atij zbulimi të parë dhjetë vjet më parë. “Por tani, për shkak se instrumentet janë përmirësuar aq shumë, ne mund t’i shohim këto dy vrima të zeza me shumë më tepër qartësi,” shtoi ai.
Ajnshtajni dhe një “jehonë me dy tonalitete”
LIGO, së bashku me instrumentet simotra Virgo në Itali dhe KAGRA në Japoni, menaxhohet nga rreth 1600 studiues në mbarë botën. Ai zbulon shtrirje të vogla në hapësirë të shkaktuara nga valët gravitacionale, “një ndryshim në distancë që është 1000 herë më i vogël se rrezja e bërthamës së një atomi,” siç shpjegon Isi. Deri tani, shkencëtarët kanë vëzhguar mbi 300 bashkime vrimash të zeza.
Që prej fillimit, përbërësit kryesorë të LIGO-s janë përmirësuar për të rritur saktësinë dhe për të reduktuar zhurmën. Ky performim i avancuar e bëri këtë vëzhgim mbi tri herë më të saktë se ai i pari.
Kjo qartësi e paprecedentë u mundësoi astronomëve të konfirmonin parashikime për vrimat e zeza të bëra dekada më parë. Parashikimi i parë, i hartuar nga Roy Kerr në vitin 1963, thotë se vrimat e zeza duhet të jenë objekte paradoksalisht të thjeshta, të përshkruara vetëm nga dy numra: masa dhe shpejtësia e rrotullimit.
Për ta testuar këtë teori, studiuesit shfrytëzuan një tipar unik të përplasjeve të vrimave të zeza: një “jehonë” që prodhon vrima e zezë përfundimtare, si një kambanë e goditur. “Nëse godet një kambanë me çekiç, ajo do të bjerë,” tha Isi. “Tingulli dhe kohëzgjatja tregojnë nga çfarë është bërë kambana. Me vrimat e zeza ndodh diçka e ngjashme.”
Kjo jehonë përmban informacion mbi strukturën e vrimës së zezë. GW250114 dha një sinjal me “dy tonalitete, një themelor dhe një tonalitet i lartë” shumë më i qartë se më parë. “Ne identifikuam dy përbërës të kësaj jehone dhe kjo na lejoi të testonim që kjo vrimë e zezë është në përputhje me përshkrimin vetëm nga dy numra,” tha ai.
Teorema e sipërfaqes së Hokingut
Parashikimi i dytë i konfirmuar nga GW250114 u bë në vitin 1971 nga Stiven Hokingu, i cili tha se kur dy vrima të zeza bashkohen, sipërfaqja që përftohet duhet të jetë e barabartë ose më e madhe se ajo origjinale.
“Është një teoremë e thellë por e thjeshtë, që thotë se sipërfaqja totale e një vrime të zezë nuk mund të zvogëlohet kurrë, ajo mund vetëm të rritet ose të mbetet e njëjtë,” tha Isi.
Edhe pse vëzhgimet e mëparshme të LIGO-s ofruan konfirmime të vakëta, qartësia e këtij sinjali u jep studiuesve një besim të pashembullt. Duke matur sipërfaqet e vrimave të zeza origjinale dhe duke i krahasuar ato me vrimën e zezë të bashkuar, shkencëtarët konfirmuan se sipërfaqja u rrit siç ishte parashikuar.
Kip Thorne, fitues i Nobelit për kontributet në LIGO, kujtoi se Hokingu i telefonoi pas zbulimit të vitit 2015 për ta pyetur nëse LIGO mund të testonte teoremën e tij. “Nëse Hokingu do të ishte gjallë, ai do të kënaqej pa masë duke parë sipërfaqen e vrimave të zeza të bashkuara që rritet,” tha Thorne.
Një arritje e shumëpritur
Studimi përfaqëson një moment të rëndësishëm në astronominë e valëve gravitacionale. Siç vuri në dukje Emanuele Berti nga Universiteti Johns Hopkins, “Tani mund të testojmë parime themelore të gravitetit që nuk mund t’i testonim dhjetë vjet më parë.”
Zbulimi i toneve të shumëfishta në “jehonën” e vrimës së zezë tregon për përmirësimet e vazhdueshme të LIGO-s dhe dëshmon se zbulimet e valëve gravitacionale mund të testojnë fizikën themelore në mënyra të paprecedenta, duke hedhur bazat për vëzhgime edhe më të sakta në të ardhmen.
