Πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν μας;
Η σταθερά του Hubble είναι ένας από τους πιο κρίσιμους αριθμούς στην κοσμολογία επειδή μας λέει πόσο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για τη μέτρηση αυτού του ποσοστού. Ωστόσο, ο προσδιορισμός της ακρίβειας αυτού του αριθμού είναι απαραίτητος για την καλύτερη κατανόηση θεμελιωδών ερωτημάτων όπως η ηλικία, η ιστορία και η σύνθεση του σύμπαντος.
Η νέα μελέτη από δύο Πανεπιστήμιο του Σικάγου Οι αστροφυσικοί προσφέρουν έναν τρόπο για να κάνουν αυτόν τον υπολογισμό: χρησιμοποιώντας ζεύγη μαύρων τρυπών που συγκρούονται και επομένως κατανοούν εξέλιξη του σύμπαντος, από τι αποτελείται και πού πηγαίνει.
Σύμφωνα με τους επιστήμονες, η νέα τεχνική που ονομάστηκε «φασματική σειρήνα» θα μπορούσε να προσφέρει πληροφορίες για τα κατά τα άλλα άπιαστα «εφηβικά» χρόνια του σύμπαντος.
Περιστασιακά, δύο μαύρες τρύπες συγκρούονται. Αυτό το γεγονός είναι τόσο ισχυρό που δημιουργεί ένα κυματισμός χωροχρόνου που ταξιδεύει σε όλο το σύμπαν. Αυτοί οι κυματισμοί είναι επίσης γνωστοί ως βαρυτικά κύματα.
Το Παρατηρητήριο Βαρυτικών Κυμάτων των ΗΠΑ (LIGO) και το Ιταλικό Παρατηρητήριο Virgo μπορούν να συλλάβουν αυτούς τους κυματισμούς εδώ στη Γη. Τα τελευταία χρόνια, το LIGO και το Virgo έχουν συλλέξει τις αναγνώσεις από σχεδόν 100 ζεύγη συγκρούονται μαύρες τρύπες.
Το σήμα από κάθε σύγκρουση περιέχει πληροφορίες για πόσο μεγάλες ήταν οι μαύρες τρύπες. Αλλά το σήμα ταξιδεύει στο διάστημα, και κατά τη διάρκεια αυτού του χρόνου, το σύμπαν έχει διασταλεί, γεγονός που αλλάζει τις ιδιότητες του σήματος.
Ο αστροφυσικός από το UChicago Daniel Holz, ένας από τους δύο συγγραφείς της εφημερίδας, είπε: «Για παράδειγμα, αν έπαιρνες μια μαύρη τρύπα και την έβαζες νωρίτερα στο σύμπαν, το σήμα θα άλλαζε και θα έμοιαζε με μεγαλύτερη μαύρη τρύπα από ό,τι είναι».
Ο προσδιορισμός ενός τρόπου εκτίμησης του τρόπου με τον οποίο άλλαξε αυτό το σήμα θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να υπολογίσουν το ρυθμός διαστολής του σύμπαντος. Ωστόσο, το πρόβλημα είναι η βαθμονόμηση: Πώς ξέρουν πόσο άλλαξε από το πρωτότυπο;
Σε αυτή τη νέα μελέτη, οι επιστήμονες προτείνουν ότι μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη νέα γνώση για ολόκληρο τον πληθυσμό των μαύρων τρυπών ως εργαλείο βαθμονόμησης. Για παράδειγμα, τα τρέχοντα στοιχεία δείχνουν ότι οι περισσότερες από τις ανιχνευθείσες μαύρες τρύπες έχουν 40 έως XNUMX φορές τη μάζα του ήλιου μας.
Ο πρώτος συγγραφέας Jose María Ezquiaga, μεταδιδακτορικός συνεργάτης της NASA Einstein και συνεργάτης του Kavli Institute for Cosmological Physics που εργάζεται με τον Holz στο UChicago, είπε: «Έτσι μετράμε τις μάζες των κοντινών μαύρων τρυπών και κατανοούμε τα χαρακτηριστικά τους, και μετά κοιτάμε πιο μακριά και βλέπουμε πόσο αυτές οι περαιτέρω φαίνεται να έχουν μετατοπιστεί. Και αυτό σας δίνει ένα μέτρο της διαστολής του σύμπαντος».
Οι επιστήμονες είναι ενθουσιασμένοι γιατί στο μέλλον, καθώς οι δυνατότητες του LIGO επεκτείνονται, η μέθοδος μπορεί να προσφέρει ένα μοναδικό παράθυρο στα «εφηβικά» χρόνια του σύμπαντος –περίπου 10 δισεκατομμύρια χρόνια πριν– που είναι δύσκολο να μελετηθούν με άλλες μεθόδους.
Οι συγγραφείς σημείωσαν, «Το άλλο πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι ότι τα κενά στις επιστημονικές μας γνώσεις δημιουργούν λιγότερες αβεβαιότητες. Η μέθοδος μπορεί να βαθμονομηθεί χρησιμοποιώντας το σύνολο πληθυσμός μαύρων τρυπών, άμεσα εντοπισμός και διόρθωση σφαλμάτων. Οι άλλες μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της σταθεράς Hubble βασίζονται στην τρέχουσα κατανόησή μας για τη φυσική των αστεριών και των γαλαξιών, η οποία περιλαμβάνει πολύ περίπλοκη φυσική και αστροφυσική. Αυτό σημαίνει ότι οι μετρήσεις μπορεί να απορριφθούν αρκετά εάν υπάρχει κάτι που δεν γνωρίζουμε ακόμη».
«Αντίθετα, αυτή η νέα μέθοδος μαύρης τρύπας βασίζεται σχεδόν αποκλειστικά σε Η θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν, το οποίο είναι καλά μελετημένο και έχει αντισταθεί σε όλους τους τρόπους που έχουν προσπαθήσει οι επιστήμονες να το δοκιμάσουν μέχρι τώρα».
Holz είπε, «Όσο περισσότερες μετρήσεις έχουν από όλες τις μαύρες τρύπες, τόσο πιο ακριβής θα είναι αυτή η βαθμονόμηση. Χρειαζόμαστε κατά προτίμηση χιλιάδες από αυτά τα σήματα, τα οποία θα πρέπει να έχουμε σε λίγα χρόνια, και ακόμη περισσότερα την επόμενη ή δύο δεκαετίες. Σε εκείνο το σημείο, θα ήταν μια απίστευτα ισχυρή μέθοδος για να μάθουμε για το σύμπαν».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Jose María Ezquiaga και Daniel E. Holz. Spectral Sirens: Cosmology from the Full Mass Distribution of Compact Binaries. Φυσ. Rev. Lett. 129, 061102 – Δημοσιεύθηκε 3 Αυγούστου 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.061102
