ni Harvey Sapigao ng UP-CDS Science Communications
NOONG 1916, iminungkahi ni Albert Einstein na ang dalawang black hole ay lumilikha ng mga alon sa spacetime fabric, katulad ng kung paano lumilikha ng mga alon ang isang bato kapag inihagis sa isang lawa. Ang mga alon na ito, na tinatawag na gravitational waves, ay nagpapabago sa spacetime sa napakahinang paraan na dati’y pinaniniwalaang hindi kailanman matutuklasan.
Ngunit makalipas ang isang siglo, nadiskubre ng Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) sa US, isang pasilidad na hugis L na may apat na kilometrong haba ang mga braso, ang maliliit na pagkakaiba sa tagal ng paglalakbay ng mga laser sa bawat braso, na siyang naging tanda ng unang pagtuklas ng gravitational waves.
Ngayon, naghahanda na ang mga siyentipiko sa paglunsad ng mas sopistikadong observatoryo, na may layuning matuklasan ang mas mahihinang gravitational waves o iyong mga hindi kayang matuklasan ng LIGO. Ang pasilidad na ito, na tinatawag na Laser Interferometer Space Antenna o LISA, ay isang triangular na observatoryo na may mga gilid na umaabot sa sampu-sampung milyong kilometro at nakatakdang ilunsad sa 2030s.
Bilang paghahanda, ang mga siyentipiko mula sa iba’t ibang panig ng mundo ay nagmumungkahi ng mga ideya upang mapahusay ang kakayahan ni LISA sa pagtuklas ng mga signal. Sina Dr. Reinabelle Reyes at ang dati niyang mag-aaral na si Marco Immanuel Rivera mula sa National Institute of Physics ng UP Diliman College of Science (UPD-CS NIP) ay naglathala ng isang pag-aaral na nagtatakda ng mga paremeters na maaaring magpabuti sa pagsusuri ng mga signal mula sa LISA at iba pang gravitational-wave observatories.
Hindi tulad ng LIGO, na pangunahing naghahanap ng gravitational waves mula sa dalawang stellar-mass black holes, inaasahan si LISA na matukoy ang uri ng gravitational wave na nagmumula sa mga compact objects—gaya ng neutron stars, white dwarfs, at stellar-mass black holes—na umiikot sa supermassive black holes. “Kapag ang isang stellar-mass black hole na umiikot sa isang supermassive black hole ay mahulog dito, nakalilika ito ng isanf extreme-mass ratio inspiral (EMRI) gravitational-wave signal,” paliwanag nina Dr. Reyes at Rivera.
Isa sa mga komplikasyon sa pagtuklas ng EMRIs ay ang kapaligirang kinalalagyan ng compact object at black hole, na maaaring makaapekto sa mga EMRI. Halimbawa, ang mga supermassive black holes ay kadalasang napapalibutan ng mga kumikinang na singsing na tinatawag na accretion disks, na maaaring baguhin ang EMRI signal tulad ng kung paano binabago ng ating atmospera ang liwanag mula sa mga malalayong bituin.
Sa pamamagitan ng pag-unawa kung paano naaapektuhan ng kapaligiran ang EMRIs, hindi lamang mapapabuti ng mga astronomo ang pagkuha sa signal, kundi matututo rin sila tungkol sa mismong kapaligiran nito. Halimbawa, sa pag-aaral ng kapaligiran sa gravitational wave signal, maaaring matukoy ng mga astronomo ang density ng accretion disk.
Sa kanilang pag-aaral, inintindi nila ang tatlong salik na pangkapaligiran na maaaring maka-impluwensya sa EMRI signal: ito ang accretion, gravitational drag, at gravitational pull. Sa kanilang pagsusuri, natukoy nila ang pinakamasusukat na kombinasyon ng mga parametro, na lubos na naaapektuhan ng mga salik na ito. Tinataya rin nila kung gaano katumpak na masusukat ang mga parametrong ito—isang mahalagang salik para sa mga sobrang sensitibong detector gaya ni LISA.
Ang kanilang pagsusuri ay batay sa isang matematikal na konsepto na tinatawag na Fisher matrix, na sumusuri sa kung gaano katumpak na masusukat ng isang eksperimento ang iba’t ibang observables. Halimbawa, ipagpalagay ang isang catch basin na dinisenyo upang makolekta ang tubig, bato, at mga dahon. Tinutukoy at sinusukat ng Fisher matrix kung gaano kaepektibong mahuhuli ng basin ang bawat bagay bago pa man simulan ang eksperimento.
“Ginagamit ng mga astropisiko ang Fisher matrix upang tantiyahin ang inaasahang katumpakan kung saan masusukat ang mga tiyak na katangian mula sa isang signal na makikita sa hinaharap na detector,” paliwanag ng mga may-akda.
Bagaman nagpapakita ng potensyal ang kanilang pag-aaral, binanggit nina Dr. Reyes at Rivera na ang pagmo-modelo ng EMRIs ay isang hamon dahil sa malakas na epekto ng gravity, at kinakailangan pa ng mas tumpak na mga modelo. “Magiging kawili-wili ang paghahambing ng aming mga kalkulasyon sa mga mas bagong waveform models na iniakma para sa EMRIs, pati na rin ang mga naglalaman ng mga epekto ng hindi pangkaraniwang kapaligiran,” sabi ng mga may-akda.
“Sa hinaharap, umaasa kami na makita kung paano magagamit nang direkta ang mga kombinasyon ng parametro na iniharap sa pag-aaral na ito sa pagpapabuti ng mga pamamaraan ng pagtataya ng parametro na ginagamit sa gravitational-wave astronomy, tulad ng stochastic samplers,” pagtatapos ng mga may-akda.