جهان ما چقدر سریع در حال انبساط است؟
ثابت هابل یکی از مهم ترین اعداد در کیهان شناسی است زیرا به ما می گوید که جهان با چه سرعتی در حال انبساط است. روش های مختلفی برای اندازه گیری این نرخ وجود دارد. با این حال، تعیین دقت این عدد برای درک بهتر سوالات اساسی مانند سن، تاریخ و آرایش جهان ضروری است.
مطالعه جدید توسط دو دانشگاه شیکاگو اخترفیزیکدانان راهی برای انجام این محاسبه ارائه می دهند: استفاده از جفت سیاهچاله های در حال برخورد و در نتیجه درک تکامل جهان، از چه چیزی ساخته شده است و به کجا می رود.
به گفته دانشمندان، این تکنیک جدید با نام «آژیر طیفی» می‌تواند اطلاعاتی درباره سال‌های «نوجوان» جهان ارائه دهد.
گاهی اوقات دو سیاهچاله با هم برخورد می کنند. این رویداد آنقدر قدرتمند است که یک را ایجاد می کند موج فضا-زمان که در سراسر کیهان سفر می کند. این امواج به عنوان امواج گرانشی نیز شناخته می شوند.
رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنج لیزری ایالات متحده (LIGO) و رصدخانه ایتالیایی Virgo می توانند این امواج را در اینجا روی زمین تشخیص دهند. در چند سال گذشته، LIGO و Virgo قرائت‌های تقریباً 100 جفت را جمع‌آوری کرده‌اند. برخورد سیاهچاله ها.
سیگنال هر برخورد حاوی اطلاعاتی در مورد چقدر سیاهچاله ها بزرگ بودند. اما سیگنال در فضا در حال حرکت بوده است و در طول این مدت، جهان منبسط شده است که ویژگی های سیگنال را تغییر می دهد.
دانیل هولز، اخترفیزیکدان اوشیکاگو، یکی از دو نویسنده این مقاله، گفت: به عنوان مثال، اگر یک سیاهچاله را بردارید و آن را زودتر در کیهان قرار دهید، سیگنال تغییر می کند و مانند سیاهچاله بزرگتر از آنچه هست به نظر می رسد.
تعیین راهی برای تخمین چگونگی تغییر آن سیگنال می تواند به دانشمندان در محاسبه آن کمک کند سرعت انبساط کیهان. با این حال، مشکل کالیبراسیون است: آنها از کجا می دانند که چقدر نسبت به نسخه اصلی تغییر کرده است؟
در این مطالعه جدید، دانشمندان پیشنهاد می کنند که می توانند از دانش جدید در مورد کل جمعیت سیاهچاله ها به عنوان ابزار کالیبراسیون استفاده کنند. برای مثال، شواهد کنونی نشان می‌دهد که بیشتر سیاهچالههای کشف‌شده بین ۵ تا ۴۰ برابر جرم خورشید ما دارند.
اولین نویسنده خوزه ماریا ازکویاگا، عضو فوق دکتری انیشتین ناسا و همکار موسسه کاولی برای فیزیک کیهان‌شناسی که با هولز در شیکاگو کار می‌کند، گفت: بنابراین، جرم سیاهچالههای مجاور را اندازه‌گیری می‌کنیم و ویژگی‌های آنها را درک می‌کنیم، و سپس به دورتر نگاه می‌کنیم و می‌بینیم که به نظر می‌رسد آن سیاهچالههای بیشتر چقدر جابجا شده‌اند. و این به شما مقیاسی از انبساط جهان می دهد.»
دانشمندان هیجان‌زده هستند زیرا در آینده، با گسترش قابلیت‌های LIGO، این روش ممکن است پنجره‌ای منحصربه‌فرد به سال‌های «نوجوانی» جهان - حدود 10 میلیارد سال پیش - ارائه دهد که مطالعه با روش‌های دیگر دشوار است.
نویسندگان خاطرنشان کردند، مزیت دیگر این روش این است که شکاف در دانش علمی ما عدم قطعیت کمتری ایجاد می کند. این روش می تواند خود را با استفاده از کل کالیبره کند جمعیت سیاهچاله ها، مستقیماً خطاها را شناسایی و تصحیح می کند. سایر روش‌های مورد استفاده برای محاسبه ثابت هابل به درک فعلی ما از فیزیک ستارگان و کهکشان‌ها متکی است که شامل فیزیک و اخترفیزیک پیچیده زیادی است. این بدان معناست که اگر چیزی وجود داشته باشد که ما هنوز نمی‌دانیم، ممکن است اندازه‌گیری‌ها تا حدودی نادیده گرفته شوند.
در مقابل، این روش جدید سیاهچاله تقریباً کاملاً بر آن تکیه دارد نظریه گرانش اینشتین، که به خوبی مطالعه شده است و در برابر تمام روش هایی که دانشمندان تاکنون برای آزمایش آن تلاش کرده اند ایستادگی کرده است.
Holz گفت:, هرچه خوانش‌های بیشتری از تمام سیاه‌چاله‌ها داشته باشند، این کالیبراسیون دقیق‌تر خواهد بود. ما ترجیحاً به هزاران سیگنال نیاز داریم که باید در چند سال آینده و حتی بیشتر در یک یا دو دهه آینده داشته باشیم. در آن مرحله، این یک روش فوق العاده قدرتمند برای یادگیری در مورد جهان است.
مرجع مجله:
- خوزه ماریا ازکیاگا و دانیل ای. هولز. آژیرهای طیفی: کیهان شناسی از توزیع جرمی کامل باینری های فشرده. فیزیک کشیش لت. 129, 061102 – منتشر شده در 3 اوت 2022. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061102
