Kuinka nopeasti universumimme laajenee?
Hubblen vakio on yksi kosmologian kriittisimmistä luvuista, koska se kertoo meille, kuinka nopeasti maailmankaikkeus laajenee. Tämän nopeuden mittaamiseen on olemassa erilaisia menetelmiä. Tämän luvun tarkkuuden määrittäminen on kuitenkin välttämätöntä, jotta voidaan ymmärtää paremmin peruskysymyksiä, kuten maailmankaikkeuden ikä, historia ja rakenne.
Uusi tutkimus kahdelta University of Chicago astrofyysikot tarjoavat tavan tehdä tämä laskelma: käyttämällä törmäävien mustien aukkojen pareja ja siten ymmärtämään universumin evoluutio, mistä se on tehty ja minne se menee.
Tiedemiesten mukaan uusi tekniikka, jota kutsutaan "spektrisireeniksi", voisi tarjota tietoa universumin muuten vaikeasta "teini-iästä".
Joskus kaksi mustaa aukkoa törmäävät toisiinsa. Tämä tapahtuma on niin voimakas, että se luo a aika-avaruus aaltoilu joka kulkee maailmankaikkeuden halki. Nämä väreet tunnetaan myös gravitaatioaaltoina.
US Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ja italialainen observatorio Virgo voivat poimia nämä väreet täällä maan päällä. LIGO ja Virgo ovat viime vuosina keränneet lukemat lähes 100 parista mustat aukot törmäävät.
Jokaisen törmäyksen signaali sisältää tietoa kuinka massiivisia mustat aukot olivat. Mutta signaali on kulkenut avaruuden halki, ja tuona aikana universumi on laajentunut, mikä muuttaa signaalin ominaisuuksia.
UChicagon astrofyysikko Daniel Holz, toinen paperin kirjoittajista, sanoi: "Esimerkiksi jos ottaisit mustan aukon ja laittaisit sen aikaisempaan universumiin, signaali muuttuisi ja se näyttäisi isommalta mustalta aukolta kuin se on."
Sen määrittäminen, miten signaali muuttui, voisi auttaa tutkijoita laskemaan universumin laajenemisnopeus. Ongelmana on kuitenkin kalibrointi: Mistä he tietävät, kuinka paljon se muuttui alkuperäisestä?
Tässä uudessa tutkimuksessa tutkijat ehdottavat, että he voivat käyttää uutta tietoa koko mustien aukkojen populaatiosta kalibrointityökaluna. Esimerkiksi nykyiset todisteet osoittavat, että suurimmalla osalla havaituista mustista aukoista on 40–XNUMX kertaa aurinkomme massa.
Ensimmäinen kirjoittaja Jose María Ezquiaga, NASA Einsteinin tutkijatohtori ja Kavli Institute for Cosmological Physics -stipendiaatti, joka työskentelee Holzin kanssa UChicagossa, sanoi: ”Mittaamme siis lähellä olevien mustien aukkojen massat ja ymmärrämme niiden piirteet, ja sitten katsomme kauemmaksi ja katsomme, kuinka paljon kauempana olevat näyttävät siirtyneen. Ja tämä antaa sinulle mittarin universumin laajenemisesta."
Tiedemiehet ovat innoissaan, koska tulevaisuudessa, kun LIGO:n mahdollisuudet laajenevat, menetelmä voi tarjota ainutlaatuisen ikkunan maailmankaikkeuden "teini-ikäisiin" - noin 10 miljardia vuotta sitten -, joita on vaikea tutkia muilla menetelmillä.
Tekijät huomauttivat, ”Toinen tämän menetelmän etu on, että tieteellisen tietämyksen aukot luovat vähemmän epävarmuutta. Menetelmä voi kalibroida itsensä käyttämällä koko mustien aukkojen populaatio, tunnistaa ja korjaa virheet suoraan. Muut Hubble-vakion laskemiseen käytetyt menetelmät perustuvat nykyiseen ymmärryksemme tähtien ja galaksien fysiikasta, joka sisältää paljon monimutkaista fysiikkaa ja astrofysiikkaa. Tämä tarkoittaa, että mittaukset saattavat mennä melkoisesti pois, jos emme vielä tiedä jotain."
"Sitä vastoin tämä uusi mustan aukon menetelmä perustuu melkein puhtaasti Einsteinin painovoimateoria, joka on hyvin tutkittu ja vastustanut kaikkia tapoja, joilla tutkijat ovat yrittäneet testata sitä tähän mennessä."
Holz sanoi, "Mitä enemmän lukemia heillä on kaikista mustista aukoista, sitä tarkempi tämä kalibrointi on. Tarvitsemme mielellään tuhansia näitä signaaleja, jotka meidän pitäisi saada muutaman vuoden sisällä ja vielä enemmän seuraavan vuosikymmenen tai kahden aikana. Siinä vaiheessa se olisi uskomattoman tehokas tapa oppia maailmankaikkeudesta."
Lehden viite:
- Jose María Ezquiaga ja Daniel E. Holz. Spektrisireenit: Kosmologia kompaktien binäärien täysmassajakaumasta. Phys. Tohtori Lett. 129, 061102 – Julkaistu 3. elokuuta 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.061102
