Milyen gyorsan tágul az univerzumunk?
A Hubble-állandó az egyik legkritikusabb szám a kozmológiában, mert megmondja, milyen gyorsan tágul az univerzum. Ennek az aránynak a mérésére különböző módszerek léteznek. Ennek a számnak a pontosságának meghatározása azonban elengedhetetlen az olyan alapvető kérdések jobb megértéséhez, mint az univerzum kora, története és felépítése.
Az új tanulmány két University of Chicago Az asztrofizikusok egy módszert kínálnak a számítás elvégzésére: az ütköző fekete lyukak párjait használva, és ezáltal megértve univerzum evolúciója, miből készült, és hová tart.
A tudósok szerint a „spektrális szirénának” nevezett új technika információkat nyújthat az univerzum egyébként megfoghatatlan „tinédzser” éveiről.
Időnként két fekete lyuk ütközik. Ez az esemény olyan erős, hogy megteremti a tér-idő hullámzás amely bejárja az univerzumot. Ezeket a hullámokat gravitációs hullámoknak is nevezik.
Az Egyesült Államok Lézer Interferométer Gravitációs Hullám Obszervatóriuma (LIGO) és az olasz Virgo obszervatórium fel tudja venni ezeket a hullámokat itt a Földön. Az elmúlt néhány évben a LIGO és a Virgo csaknem 100 pár olvasmányát gyűjtötte össze fekete lyukak ütköznek.
Az egyes ütközésekből származó jel információkat tartalmaz a milyen masszívak voltak a fekete lyukak. De a jel az űrben haladt, és ezalatt az univerzum kitágul, ami megváltoztatja a jel tulajdonságait.
Daniel Holz, az UChicago asztrofizikusa, a lap két szerzőjének egyike azt mondta: "Például, ha veszel egy fekete lyukat, és korábban helyezed el az univerzumban, a jel megváltozna, és nagyobb fekete lyuknak tűnne, mint amilyen."
A jel változásának becslésére szolgáló módszer meghatározása segíthet a tudósoknak kiszámítani a az univerzum tágulási sebessége. A probléma azonban a kalibráció: honnan tudják, hogy mennyit változott az eredetihez képest?
Ebben az új tanulmányban a tudósok azt javasolják, hogy a fekete lyukak teljes populációjával kapcsolatos új ismereteket kalibrációs eszközként használják fel. Például a jelenlegi bizonyítékok azt mutatják, hogy a legtöbb észlelt fekete lyuk 40-XNUMX-szer akkora tömegű, mint napunké.
Az első szerző, Jose María Ezquiaga, a NASA Einstein posztdoktori ösztöndíjasa és a Kavli Kozmológiai Fizikai Intézet munkatársa, Holzcal együtt dolgozott az UChicagóban, elmondta: „Tehát megmérjük a közeli fekete lyukak tömegét, és megértjük a jellemzőiket, majd távolabbra nézünk, és megnézzük, hogy a távolabbi lyukak mennyire elmozdultak. Ez pedig mércét ad az univerzum tágulásának.”
A tudósok izgatottak, mert a jövőben, ahogy a LIGO képességei bővülnek, a módszer egyedülálló ablakot nyithat a világegyetem „tinédzser” éveibe – körülbelül 10 milliárd évvel ezelőtt –, amelyeket más módszerekkel nehéz tanulmányozni.
A szerzők megjegyezték, „A módszer másik előnye, hogy a tudományos ismereteink hiányosságai kevesebb bizonytalanságot okoznak. A módszer képes kalibrálni magát a teljes fekete lyukak populációja, közvetlenül azonosítja és kijavítja a hibákat. A Hubble-állandó kiszámításához használt többi módszer a csillagok és galaxisok fizikájának jelenlegi ismeretein alapul, amely sok bonyolult fizikát és asztrofizikát foglal magában. Ez azt jelenti, hogy a mérések kissé elcsúszhatnak, ha van valami, amit még nem tudunk.”
„Ezzel szemben ez az új fekete lyuk-módszer szinte tisztán támaszkodik Einstein gravitációs elmélete, amely jól tanulmányozott, és szembeszállt minden olyan módszerrel, amellyel a tudósok eddig próbálták tesztelni.”
Holz mondott, „Minél több leolvasást kapnak az összes fekete lyukból, annál pontosabb lesz ez a kalibráció. Lehetőleg több ezer ilyen jelzésre van szükségünk, aminek néhány éven belül, de a következő egy-két évtizedben még többre van szükségünk. Ezen a ponton ez egy hihetetlenül hatékony módszer lenne az univerzum megismerésére.”
Journal Reference:
- Jose María Ezquiaga és Daniel E. Holz. Spektrális szirénák: Kozmológia a kompakt binárisok teljes tömeges eloszlásából. Phys. Rev. Lett. 129, 061102 – Közzétéve: 3. augusztus 2022. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061102
