Wimbi la mvuto iligunduliwa moja kwa moja kwa mara ya kwanza mnamo 2015 baada ya karne ya utabiri wake na Nadharia Kuu ya Uhusiano ya Einstein mnamo 1916. Lakini, kuendelea, mzunguko wa chini. Mvuto-Wave Background (GWB) ambayo inadhaniwa kuwepo katika kipindi chote ulimwengu haijagunduliwa moja kwa moja hadi sasa. Watafiti katika Observatory ya Nanohertz ya Amerika Kaskazini kwa Mawimbi ya Mvuto (NANOGrav) wameripoti hivi karibuni kugunduliwa kwa mawimbi ya masafa ya chini ambayo yanaweza kuwa 'Gravitational-wave Background (GWB)'.
Nadharia ya jumla ya uhusiano iliyotangazwa na Einstein mnamo 1916 inatabiri kwamba matukio makubwa ya ulimwengu kama vile supernova au muunganisho wa mashimo meusi inapaswa kuzalisha mawimbi ya mvuto zinazoeneza kupitia Ulimwengu. Dunia inapaswa kuwa na maji mawimbi ya mvuto kutoka pande zote wakati wote lakini haya hayatambuliki kwa sababu yanakuwa dhaifu sana yanapofika duniani. Ilichukua takriban karne moja kugundua viwimbi vya mvuto ambapo mnamo 2015 timu ya LIGO-Virgo ilifanikiwa kugundua. mawimbi ya mvuto zinazozalishwa kutokana na kuunganishwa kwa mbili mashimo meusi iko katika umbali wa miaka nuru bilioni 1.3 kutoka kwa Dunia (1). Hii pia ilimaanisha kuwa mawimbi yaliyogunduliwa yalikuwa mtoaji wa habari kuhusu tukio la ulimwengu ambalo lilifanyika karibu miaka bilioni 1.3 iliyopita.
Tangu kugunduliwa kwa mara ya kwanza mnamo 2015, idadi nzuri ya mawimbi ya mvuto zimerekodiwa hadi sasa. Wengi wao walitokana na kuunganishwa kwa wawili mashimo meusi, chache zilitokana na mgongano wa nyota mbili za neutroni (2). Yote yamegunduliwa mawimbi ya mvuto hadi sasa walikuwa episodic, unasababishwa kutokana na jozi binary ya mashimo meusi au nyota za neutroni zinazozunguka na kuunganishwa au kugongana (3) na zilikuwa za masafa ya juu, urefu mfupi wa mawimbi (katika safu ya milisekunde).
Hata hivyo, kwa kuwa kuna uwezekano wa idadi kubwa ya vyanzo vya mawimbi ya mvuto katika ulimwengu hivyo wengi mawimbi ya mvuto pamoja kutoka pande zote ulimwengu inaweza kuwa inapita duniani kila wakati ikitengeneza usuli au kelele. Hii inapaswa kuwa ya kuendelea, bila mpangilio na ya mawimbi madogo ya masafa ya chini. Inakadiriwa kuwa baadhi ya sehemu yake inaweza kuwa ilitokana na Big Bang. Imeitwa Mvuto-Wave Background (GWB), hii haijagunduliwa hadi sasa (3).
Lakini tunaweza kuwa katika hatihati ya mafanikio - watafiti katika Kituo cha Uangalizi cha Nanohertz cha Amerika Kaskazini kwa Mawimbi ya Mvuto (NANOGrav) wameripoti ugunduzi wa mawimbi ya masafa ya chini ambayo yanaweza kuwa 'Asili ya wimbi la mvuto (GWB) (4,5,6).
Tofauti na timu ya LIGO-virgo ambao waligundua wimbi la mvuto kutoka kwa jozi binafsi za mashimo meusi, Timu ya NANOGrav imetafuta kelele inayoendelea, kama, 'pamoja' wimbi la mvuto iliyoundwa kwa muda mrefu sana na isitoshe mashimo meusi katika ulimwengu. Lengo lilikuwa kwenye 'wimbi refu sana' wimbi la mvuto kwa upande mwingine wa 'wigo wa wimbi la mvuto'.
Tofauti na mwanga na mionzi mingine ya umeme, mawimbi ya mvuto hayawezi kuzingatiwa moja kwa moja na darubini.
Timu ya NANOGrav ilichagua millisecond pulsars (MSPs) ambazo huzunguka kwa kasi sana na uthabiti wa muda mrefu. Kuna mchoro thabiti wa mwanga unaotoka kwenye mipigo hii ambayo inapaswa kubadilishwa na wimbi la uvutano. Wazo lilikuwa kuangalia na kufuatilia mkusanyiko wa ultra-stable millisecond pulsars (MSP) kwa mabadiliko yanayohusiana katika muda wa kuwasili kwa mawimbi Duniani na hivyo kuunda "Galaxy-sized" kitambua mawimbi ya mvuto ndani yetu wenyewe galaxy. Timu iliunda safu ya muda ya pulsar kwa kusoma 47 ya pulsari kama hizo. Kituo cha Uangalizi cha Arecibo na Darubini ya Green Bank ndizo zilikuwa redio darubini zinazotumika kwa vipimo.
Seti ya data iliyopatikana kufikia sasa inajumuisha MSP 47 na uchunguzi wa zaidi ya miaka 12.5. Kulingana na hili, haiwezekani kuthibitisha kwa hakika ugunduzi wa moja kwa moja wa GWB ingawa mawimbi ya masafa ya chini yaliyogunduliwa yanaonyesha hivyo. Pengine, hatua inayofuata itakuwa kujumuisha pulsari zaidi katika safu na kuzisoma kwa muda mrefu zaidi ili kuongeza usikivu.
Ili kujifunza ulimwengu, wanasayansi walitegemea pekee miale ya sumakuumeme kama vile mwanga, X-ray, redio mawimbi n.k. Kwa kuwa haihusiani kabisa na mionzi ya sumakuumeme, ugunduzi wa mvuto mwaka 2015 ulifungua dirisha jipya la fursa kwa wanasayansi kusoma miili ya anga na kuelewa ulimwengu hasa yale matukio ya angani ambayo hayaonekani kwa wanaastronomia wa sumakuumeme. Zaidi ya hayo, tofauti na mionzi ya sumakuumeme, mawimbi ya uvutano hayaingiliani na maada kwa hivyo husafiri bila kizuizi kubeba taarifa kuhusu asili na chanzo chake bila upotoshaji wowote.(3)
Utambuzi wa Mandharinyuma ya mawimbi ya uvutano (GWB) ingepanua fursa zaidi. Inaweza hata kuwezekana kugundua mawimbi yanayotokana na Big Bang ambayo inaweza kutusaidia kuelewa asili yake ulimwengu kwa njia bora.
***
Marejeo:
- Castelvecchi D. na Witze A.,2016. Mawimbi ya mvuto ya Einstein yalipatikana mwishowe. Habari za Asili 11 Februari 2016. DOI: https://doi.org/10.1038/nature.2016.19361
- Castelvecchi D., 2020. Ni matukio gani 50 ya mawimbi ya mvuto yanafichua kuhusu Ulimwengu. Habari za Mazingira Zilizochapishwa tarehe 30 Oktoba 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-020-03047-0
- LIGO 2021. Vyanzo na Aina za Mawimbi ya Mvuto. Inapatikana mtandaoni kwa https://www.ligo.caltech.edu/page/gw-sources Ilifikiwa tarehe 12 Januari 2021.
- Ushirikiano wa NANOGrav, 2021. NANOGrav Inapata 'Vidokezo vya Kwanza' vinavyowezekana vya Mandharinyuma ya Mawimbi ya Mvuto ya Kiwango cha Chini. Inapatikana mtandaoni kwa http://nanograv.org/press/2021/01/11/12-Year-GW-Background.html Ilifikiwa tarehe 12 Januari 2021
- Ushirikiano wa NANOGrav 2021. Muhtasari wa waandishi wa habari - Kutafuta Mandharinyuma ya Mawimbi ya Mvuto katika miaka 12.5 ya Data ya NANOGrav. 11 Januari 2021. Inapatikana mtandaoni kwa http://nanograv.org/assets/files/slides/AAS_PressBriefing_Jan’21.pdf
- Arzoumanian Z., et al 2020. Seti ya Data ya NANOGrav ya miaka 12.5: Tafuta Mandharinyuma ya Isotropic Stochastic Gravitational-wave. Barua za Jarida la Astrophysical, Juzuu 905, Nambari 2. DOI: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abd401
***
