Valët gravitacionale janë valëzime shumë të vogla në strukturën e hapësirë-kohës, të cilat krijohen kur objekte masive në kozmos përshpejtohen ose përplasen. Duke zbuluar këto valë, astrofizikanët mund të studiojnë ngjarje të ndryshme kozmike, përfshirë bashkimet e vrimave të zeza, përplasjet e yjeve neutronikë dhe evolucionin e hershëm të universit.
Ekzistojnë disa observatorë të valëve gravitacionale në rajone të ndryshme gjeografike në mbarë botën. Ndërsa këta detektorë janë shumë të ndjeshëm ndaj ndryshimeve të vogla që lidhen me valëzimet në hapësirë-kohë, ata ende nuk mund të zbulojnë valë në të gjitha diapazonet e frekuencave.
Studiuesit në Akademinë Kineze të Shkencave dhe Universitetin e Pekinit kohët e fundit rishqyrtuan mundësinë e përdorimit të Hënës për të përforcuar valët gravitacionale me frekuenca midis 0.01 dhe 1 herc (Hz), një diapazon që mbetet kryesisht i paarritshëm për detektorët aktualë të valëve gravitacionale.
Punimi i tyre, i botuar në revistën Physical Review Letters, sugjeron se sipërfaqja e ashpër e Hënës mund të forcojë sinjalet e zbulueshme të valëve gravitacionale.
“Rreth tre vjet më parë, një shkencëtar nga Akademia Kineze e Shkencave më kontaktoi për të pyetur nëse mund të siguroja disa detaje mbi vendosjen e një sizmometri hënor, pasi profesori Menyao Wang nga Universiteti Normal i Pekinit shpresonte të mësonte rreth mjedisit bazë hënor për projektimin e një sistemi të ngjashëm me LIGO në Hënë,” i tha Phys.org Jinhai Zhang, bashkautor i punimit.
“Që atëherë, gradualisht u bëra pjesë e një bashkëpunimi të jashtëzakonshëm mes astronomëve, inxhinierëve dhe shkencëtarëve planetarë. Si hetuesi kryesor i sizmometrit hënor në bordin e misionit Chang’e-7, unë ofrova informacion të detajuar që kisha mësuar rreth Hënës; ndërkohë, mësova shumë rreth asaj që po ndodh në kufijtë më të avancuar të fizikës dhe astronomisë.”
Përdorimi i Hënës si një detektor natyror i valëve gravitacionale
Kur valët gravitacionale kalojnë përmes Hënës, ato bëjnë që ajo të zgjatet dhe të ngjeshet në mënyrë minimale, gjë që mund të prodhojë dridhje të vogla sizmike. Studiuesit shqyrtuan mundësinë e zbulimit të këtyre reagimeve sizmike, duke përdorur në thelb Hënën si një shufër gjigante Weber.
Një shufër Weber është një detektor i valëve gravitacionale i shpikur nga Joseph Weber, i cili rezonon kur valët gravitacionale kalojnë përmes tij.
“Gjatë diskutimeve tona të hershme, kuptova se të gjitha analizat ekzistuese të reagimit sizmik ndaj valëve gravitacionale bazohen në modele ideale të Hënës, pa marrë parasysh efektet e ndryshimeve topografike dhe heterogjenitetit të fortë anësor të Hënës,” shpjegoi Zhang.
“Fatmirësisht, sfidat teknike të lidhura me këtë janë marrë plotësisht në konsideratë në fushën e gjeofizikës, veçanërisht nga ekipi im, përfshirë mënyrën se si të ndërtohet një model global me heterogjenitet të fortë dhe si të shmangen gabimet numerike të shkaktuara nga përdorimi i rrjetave të trasha ose frekuencave të larta.”
Për të vlerësuar me besueshmëri mundësinë e përdorimit të Hënës si një shufër Weber, studiuesit fillimisht duhej të zhvillonin një model më realist të strukturës së brendshme të Hënës. Zhang krijoi një model të ri hënor në bashkëpunim të ngushtë me Xian Chen, profesor i astrofizikës në Universitetin e Pekinit, si dhe me fizikantët e rinj kinezë Lei Zhang dhe Han Yan.
“Misioni Chang’e-7 i Kinës planifikon të vendosë sizmometrin e parë hënor me brez të gjerë pranë polit jugor në vjeshtën e vitit 2026, pothuajse 50 vjet pas përfundimit të vëzhgimeve sizmike pionierike gjatë viteve 1969–1977,” tha Zhang.
“Kjo do të siguronte një nivel real të zhurmës së sfondit të Hënës, duke lehtësuar zbulimin e valëve gravitacionale hënore. Prandaj, është koha të shqyrtojmë me kujdes efektin real të Hënës së vërtetë.”
Modelet hënore të zhvilluara në të kaluarën e trajtojnë Hënën si një sferë krejtësisht të lëmuar dhe me strukturë të njëtrajtshme. Megjithatë, realiteti është se Hëna është e ashpër dhe shumë më e çrregullt, me shumë kratere, male të vogla dhe një kore me formë jo të njëtrajtshme.
Studiuesit krijuan modelin më realist të Hënës deri më sot dhe e përdorën atë për të parashikuar reagimin e saj ndaj valëve gravitacionale. Ky model u lejoi atyre të përcaktonin se si vende specifike në Hënë do të reagonin më fuqishëm ndaj valëve gravitacionale, gjë që i ndihmoi të identifikonin një vend optimal uljeje për sizmometrin hënor Chang’e-7.
“Bazuar në modelin ideal të Hënës, punimet e mëparshme sugjerojnë se frekuenca dominuese e rezonancës së Hënës duhet të jetë rreth diapazonit të decihercëve, por ne nuk e dimë efektin aktual për shkak të ndryshimeve anësore në topografi dhe trashësinë e kores,” shpjegoi Lei Zhang, autori i parë i punimit.
“Prandaj, ne ndërtuam modelin e parë numerik me rezolucion të lartë duke marrë parasysh modelin real të Hënës që ishte ndërtuar nga gjeofizikanët për të simuluar dridhjen e Hënës të shkaktuar në mënyrë rezonante nga një gamë e gjerë frekuencash, nga 0 deri në 0.2 Hz. Në mënyrë specifike, modeli ynë përfshin topografinë e ashpër të sipërfaqes së Hënës dhe, më e rëndësishmja, ndryshimet e mëdha në trashësinë e kores përgjatë sipërfaqes hënore.”
Një mënyrë për të avancuar observatorët e ardhshëm hënorë
Analizat e kryera nga studiuesit sugjerojnë se sinjalet e valëve gravitacionale do të përforcohen deri në 10% në rajonet ku shtresa më e jashtme shkëmbore e Hënës (pra, korja) është më e trashë.
Për më tepër, ata sugjerojnë se në këto vende, sinjalet me frekuenca rreth 0.1 Hz mund të përforcohen me më shumë se dhjetëfish, që do të thotë se ato mund të zbulohen nga instrumente të ardhshme të projektuara me kujdes.
“Ne gjithashtu verifikuam rezultatet tona numerike duke përdorur modele gjysmë-analitike, të cilat në thelb përfshijnë një zbërthim harmonik të strukturës së Hënës dhe dridhjes përkatëse,” tha Chen.
“Përputhja është e kënaqshme, gjë që gjithashtu sugjeron se përzierja e mënyrave të ndryshme harmonike mund të jetë përgjegjëse për përforcimin e sinjaleve të valëve gravitacionale në rajonet me kore të trashë hënore.”
Puna e fundit nga Jinhai Zhang, Yan, Chen dhe Lei Zhang mund të udhëheqë përpjekjet e ardhshme për zhvillimin dhe vendosjen e detektorëve të valëve gravitacionale në Hënë.
Nëse këta detektorë vendosen në vende specifike të Hënës ku korja është më e trashë, ata mund të ndihmojnë në kapjen dhe monitorimin e sinjaleve të valëve gravitacionale që deri tani kanë qenë të paarritshme, duke ofruar potencialisht njohuri të reja mbi ngjarje të ndryshme kozmologjike.
“Ne zbuluam se Hëna mund të tingëllojë më fort në përgjigje të valëve gravitacionale sesa mendohej më parë,” tha Chen.
“Në të kaluarën, përbërësi që mungonte ishte ndryshimi në trashësinë e kores hënore. Ne mendojmë se puna jonë është e rëndësishme për përcaktimin e vendeve të vendosjes për sizmometrat e ardhshëm hënorë. Dhe vendime të tilla më të informuara do të rrisin shumë përfitimin shkencor të projekteve të sizmologjisë hënore.”
Ekipi në Akademinë Kineze të Shkencave dhe Universitetin e Pekinit po planifikon studime të reja që synojnë të eksplorojnë më tej idetë e paraqitura në punimin e tyre.
Në mënyrë specifike, studiuesit do të përdorin teorinë për të parashikuar sinjalet që mund të zbulohen së shpejti nga sizmometri Chang’e-7, në mënyrë që të krahasojnë parashikimet e tyre me vëzhgimet reale.
“Chang’e-7 i Kinës do të lëshohet këtë vit dhe do të vendosë një sizmometër pranë polit jugor të Hënës,” shtuan Lei Zhang dhe Chen.
“Ne planifikojmë të simulojmë daljen e sizmometrit Chang’e-7 dhe ta krahasojmë këtë parashikim teorik me të dhënat reale. Edhe pse sizmometri i Chang’e-7 nuk ka ndjeshmërinë për të zbuluar valë gravitacionale, ai do të sigurojë të dhëna të vlefshme që do të përmirësojnë ndjeshëm modelin tonë të Hënës dhe do të na ndihmojnë të planifikojmë më mirë misionet dhe sizmometrat e ardhshëm Chang’e.”
