Kui kiiresti meie universum laieneb?
Hubble'i konstant on kosmoloogias üks kriitilisemaid numbreid, kuna see näitab meile, kui kiiresti universum paisub. Selle määra mõõtmiseks on erinevaid meetodeid. Selle numbri täpsuse määramine on aga oluline, et mõista paremini põhiküsimusi, nagu universumi vanus, ajalugu ja ülesehitus.
Uus uuring kahe poolt University of Chicago astrofüüsikud pakuvad selle arvutuse tegemiseks viisi: põrkuvate mustade aukude paaride kasutamine ja seeläbi arusaam universumi evolutsioon, millest see on tehtud ja kuhu see läheb.
Teadlaste sõnul võib uus tehnika, mida nimetatakse spektraalseks sireeniks, pakkuda teavet universumi muidu tabamatute teismeliste aastate kohta.
Aeg-ajalt põrkuvad kaks musta auku. See sündmus on nii võimas, et tekitab a aegruumi lainetus mis rändab läbi universumi. Neid lainetust tuntakse ka gravitatsioonilainetena.
USA laserinterferomeetri gravitatsioonilainete observatoorium (LIGO) ja Itaalia observatoorium Virgo suudavad neid lainetusi siin Maal tabada. Viimase paari aasta jooksul on LIGO ja Virgo näidud kogunud peaaegu 100 paarilt mustade aukude kokkupõrge.
Iga kokkupõrke signaal sisaldab teavet selle kohta kui suured mustad augud olid. Kuid signaal on liikunud üle kosmose ja selle aja jooksul on universum laienenud, mis muudab signaali omadusi.
UChicago astrofüüsik Daniel Holz, üks kahest paberi autorist, ütles: "Näiteks kui te võtaksite musta augu ja asetaksite selle universumi varasemaks ajaks, siis signaal muutuks ja see näeks välja suurema musta auguna kui see on."
Selle signaali muutumise hindamise viisi kindlaksmääramine võib aidata teadlastel arvutada universumi paisumiskiirus. Probleemiks on aga kalibreerimine: kuidas nad teavad, kui palju see originaaliga võrreldes muutus?
Selles uues uuringus näitavad teadlased, et nad saavad kalibreerimisvahendina kasutada uusi teadmisi kogu mustade aukude populatsiooni kohta. Näiteks näitavad praegused tõendid, et enamikul avastatud mustadest aukudest on viis kuni 40 korda suurem meie päikese mass.
Esimene autor Jose María Ezquiaga, NASA Einsteini järeldoktor ja Kavli kosmoloogilise füüsika instituudi teadur, kes töötab koos Holziga UChicagos, ütles: "Nii et me mõõdame lähedal asuvate mustade aukude massi ja mõistame nende omadusi ning siis vaatame kaugemale ja näeme, kui palju need kaugemad on nihkunud. Ja see annab teile universumi paisumise mõõdu.
Teadlased on põnevil, sest tulevikus, kui LIGO võimalused laienevad, võib see meetod anda ainulaadse akna universumi „teismelistesse” aastatesse – umbes 10 miljardit aastat tagasi –, mida on raske teiste meetoditega uurida.
Autorid märkisid, "Selle meetodi teine eelis on see, et lüngad meie teaduslikes teadmistes loovad vähem ebakindlust. Meetod saab ennast kalibreerida, kasutades kogu mustade aukude populatsioon, tuvastades ja parandades vigu. Muud Hubble'i konstandi arvutamiseks kasutatavad meetodid põhinevad meie praegusel arusaamal tähtede ja galaktikate füüsikast, mis hõlmab palju keerulist füüsikat ja astrofüüsikat. See tähendab, et kui on midagi, mida me veel ei tea, võidakse mõõtmised üsna palju ära visata.
"Seevastu see uus musta augu meetod tugineb peaaegu puhtalt Einsteini gravitatsiooniteooria, mida on hästi uuritud ja mis on seisnud vastu kõikidele viisidele, mida teadlased on seni proovinud katsetada.
Holz ütles, "Mida rohkem on neil kõigist mustadest aukudest näitu, seda täpsem on see kalibreerimine. Soovitavalt vajame tuhandeid neid signaale, mis peaks meil olema mõne aasta pärast ja veelgi rohkem järgmise kümnendi või paari jooksul. Sel hetkel oleks see uskumatult võimas meetod universumi tundmaõppimiseks.
Ajakirja viide:
- Jose María Ezquiaga ja Daniel E. Holz. Spektrisireenid: kosmoloogia kompaktsete binaarfailide massilisest levikust. Phys. Rev. Lett. 129, 061102 – avaldatud 3. augustil 2022. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061102
