Cât de repede se extinde universul nostru?
Constanta Hubble este unul dintre cele mai critice numere din cosmologie, deoarece ne spune cât de repede se extinde universul. Există diferite metode pentru a măsura această rată. Cu toate acestea, determinarea acurateței acestui număr este esențială pentru a înțelege mai bine întrebările fundamentale precum vârsta, istoria și structura universului.
Noul studiu de doi Universitatea din Chicago astrofizicienii oferă o modalitate de a face acest calcul: folosind perechi de găuri negre care se ciocnesc și, prin urmare, înțelegerea evoluția universului, din ce este făcut și unde se duce.
Potrivit oamenilor de știință, noua tehnică numită „sirenă spectrală” ar putea oferi informații despre anii de „adolescență” altfel evazivi ai universului.
Ocazional, două găuri negre se ciocnesc. Acest eveniment este atât de puternic încât creează o ondulație spațiu-timp care călătorește prin univers. Aceste ondulații sunt cunoscute și sub numele de unde gravitaționale.
Observatorul de unde gravitaționale cu interferometru laser din SUA (LIGO) și observatorul italian Virgo pot capta aceste valuri aici, pe Pământ. În ultimii câțiva ani, LIGO și Virgo au adunat citirile de la aproape 100 de perechi de găuri negre care se ciocnesc.
Semnalul de la fiecare coliziune conține informații despre cât de masive erau găurile negre. Dar semnalul a călătorit prin spațiu și, în acest timp, universul s-a extins, ceea ce modifică proprietățile semnalului.
Astrofizicianul UChicago Daniel Holz, unul dintre cei doi autori ai lucrării, a spus: „De exemplu, dacă ai lua o gaură neagră și ai pune-o mai devreme în univers, semnalul s-ar schimba și ar arăta ca o gaură neagră mai mare decât este.”
Determinarea unei modalități de a estima modul în care s-a schimbat acel semnal ar putea ajuta oamenii de știință să calculeze rata de expansiune a universului. Cu toate acestea, problema este calibrarea: de unde știu ei cât de mult s-a schimbat față de original?
În acest nou studiu, oamenii de știință sugerează că pot folosi noile cunoștințe despre întreaga populație de găuri negre ca instrument de calibrare. De exemplu, dovezile actuale indică faptul că majoritatea găurilor negre detectate au masa între cinci și 40 de ori mai mare decât soarele nostru.
Primul autor Jose María Ezquiaga, cercetător postdoctoral NASA Einstein și membru al Institutului Kavli pentru fizică cosmologică care lucrează cu Holz la UChicago, a spus: „Așa că măsurăm masele găurilor negre din apropiere și le înțelegem trăsăturile, apoi ne uităm mai departe și vedem cât de mult par să se fi schimbat acelea mai departe. Și asta vă oferă o măsură a expansiunii universului.”
Oamenii de știință sunt încântați pentru că în viitor, pe măsură ce capacitățile LIGO se extind, metoda poate oferi o fereastră unică în anii „adolescenti” ai universului – cu aproximativ 10 miliarde de ani în urmă – care sunt greu de studiat cu alte metode.
Autorii au remarcat, „Un alt avantaj al acestei metode este că lacunele în cunoștințele noastre științifice creează mai puține incertitudini. Metoda se poate autocalibra prin utilizarea întregului populația de găuri negre, identificând direct și corectând erorile. Celelalte metode folosite pentru a calcula constanta Hubble se bazează pe înțelegerea noastră actuală a fizicii stelelor și galaxiilor, care implică o mulțime de fizică și astrofizică complicate. Acest lucru înseamnă că măsurătorile ar putea fi aruncate destul de mult dacă există ceva ce încă nu știm.”
„În schimb, această nouă metodă a găurii negre se bazează aproape exclusiv pe Teoria gravitației a lui Einstein, care este bine studiat și a rezistat tuturor modurilor în care oamenii de știință au încercat să-l testeze până acum.”
Holz a spus, „Cu cât au mai multe citiri de la toate găurile negre, cu atât această calibrare va fi mai precisă. Avem nevoie de preferință de mii din aceste semnale, pe care ar trebui să le avem în câțiva ani și chiar mai multe în următorul deceniu sau doi. În acel moment, ar fi o metodă incredibil de puternică de a învăța despre univers.”
Referința jurnalului:
- Jose María Ezquiaga și Daniel E. Holz. Sirene spectrale: Cosmologie din distribuția de masă completă a binarelor compacte. Fiz. Rev. Lett. 129, 061102 – Publicat 3 august 2022. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061102
