כמה מהר היקום שלנו מתפשט?
קבוע האבל הוא אחד המספרים הקריטיים ביותר בקוסמולוגיה מכיוון שהוא אומר לנו כמה מהר היקום מתפשט. קיימות שיטות שונות למדידת שיעור זה. עם זאת, קביעת דיוק המספר הזה חיונית כדי להבין טוב יותר שאלות יסוד כמו גיל היקום, ההיסטוריה והאיפור.
המחקר החדש של שניים אוניברסיטת שיקגו אסטרופיזיקאים מציעים דרך לעשות את החישוב הזה: שימוש בזוגות של חורים שחורים מתנגשים ובכך להבין אבולוציה של היקום, ממה הוא עשוי ולאן הוא הולך.
לדברי מדענים, הטכניקה החדשה שזכתה לכינוי "סירנה ספקטרלית" יכולה להציע מידע על שנות ה"נעורים" החמקמקות של היקום.
מדי פעם שני חורים שחורים מתנגשים. האירוע הזה כל כך חזק שהוא יוצר א אדוות מרחב-זמן שנוסע על פני היקום. אדוות אלו ידועות גם כגלי כבידה.
מצפה הכבידה של גלי כבידה (LIGO) ומצפה הכוכבים האיטלקי בתולה יכולים לקלוט את האדוות האלה כאן על כדור הארץ. במהלך השנים האחרונות, LIGO ובתולה אספו את הקריאות מכמעט 100 זוגות של חורים שחורים מתנגשים.
האות מכל התנגשות מכיל מידע על כמה מאסיביים היו החורים השחורים. אבל האות עבר בחלל, ובמהלך הזמן הזה, היקום התרחב, מה שמשנה את תכונות האות.
האסטרופיזיקאי של UChicago דניאל הולץ, אחד משני המחברים בעיתון, אמר, "לדוגמה, אם היית לוקח חור שחור ומכניס אותו מוקדם יותר ביקום, האות ישתנה, והוא ייראה כמו חור שחור גדול יותר ממה שהוא."
קביעת דרך להעריך כיצד האות השתנה יכולה לעזור למדענים לחשב את קצב ההתפשטות של היקום. עם זאת, הבעיה היא כיול: איך הם יודעים כמה זה השתנה מהמקור?
במחקר חדש זה, מדענים מציעים שהם יכולים להשתמש בידע החדש על כל אוכלוסיית החורים השחורים ככלי כיול. לדוגמה, עדויות עדכניות מצביעות על כך שלרוב החורים השחורים שהתגלו יש בין חמישה ל-40 מסה של השמש שלנו.
הסופר הראשון חוסה מריה אזקיאגה, עמית פוסט-דוקטורט של איינשטיין בנאס"א ועמית מכון קאולי לפיזיקה קוסמולוגית שעובד עם הולץ ב- UChicago, אמר: "אז אנחנו מודדים את המסות של החורים השחורים הסמוכים ומבינים את המאפיינים שלהם, ואז אנחנו מסתכלים רחוק יותר ורואים עד כמה נראה שהחולים הנוספים האלה זזו. וזה נותן לך מידה של התפשטות היקום."
המדענים נרגשים מכיוון שבעתיד, ככל שהיכולות של LIGO מתרחבות, השיטה עשויה לספק צוהר ייחודי לשנות "הנעורים" של היקום - לפני כ-10 מיליארד שנה - שקשה לחקור בשיטות אחרות.
מחברים ציינו, "היתרון הנוסף של השיטה הזו הוא שהפערים בידע המדעי שלנו יוצרים פחות אי ודאות. השיטה יכולה לכייל את עצמה על ידי שימוש כולו אוכלוסיית חורים שחורים, זיהוי ישיר ותיקון שגיאות. השיטות האחרות המשמשות לחישוב קבוע האבל מסתמכות על ההבנה הנוכחית שלנו של הפיזיקה של כוכבים וגלקסיות, הכוללת הרבה פיזיקה ואסטרופיזיקה מסובכות. זה אומר שהמדידות עלולות להיפסל לא מעט אם יש משהו שאנחנו עדיין לא יודעים".
"לעומת זאת, שיטת החור השחור החדשה הזו מסתמכת כמעט אך ורק על תורת הכבידה של איינשטיין, שנחקר היטב ועמד נגד כל הדרכים שבהן ניסו מדענים לבדוק זאת עד כה."
הולץ אמר, "ככל שיש להם יותר קריאות מכל החורים השחורים, הכיול הזה יהיה מדויק יותר. אנו זקוקים לאלפי אותות אלה, שאמורים להיות לנו בעוד כמה שנים, ואפילו יותר בעשור או שניים הבאים. בשלב זה, זו תהיה שיטה חזקה להפליא ללמוד על היקום".
עיון ביומן:
- חוסה מריה אזקיאגה ודניאל אי הולץ. סירנות ספקטרליות: קוסמולוגיה מהתפוצה המונית המלאה של קבצים בינאריים קומפקטיים. פיז. הכומר לט. 129, 061102 – פורסם ב-3 באוגוסט 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.061102
