Kako hitro se širi naše vesolje?
Hubblova konstanta je eno najbolj kritičnih števil v kozmologiji, saj nam pove, kako hitro se širi vesolje. Za merjenje te stopnje obstajajo različne metode. Vendar je določitev točnosti te številke bistvena za boljše razumevanje temeljnih vprašanj, kot so starost, zgodovina in sestava vesolja.
Nova študija dveh University of Chicago astrofiziki ponujajo način za ta izračun: uporabo parov trkajočih se črnih lukenj in s tem razumevanje evolucija vesolja, iz česa je narejen in kam gre.
Po mnenju znanstvenikov bi lahko nova tehnika, imenovana "spektralna sirena", ponudila informacije o sicer izmuzljivih "najstniških" letih vesolja.
Občasno trčita dve črni luknji. Ta dogodek je tako močan, da ustvari a prostorsko-časovno valovanje ki potuje po vesolju. To valovanje je znano tudi kot gravitacijski valovi.
Ameriški laserski interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in italijanski observatorij Virgo lahko zaznata to valovanje tukaj na Zemlji. V zadnjih nekaj letih sta LIGO in Virgo zbrala odčitke skoraj 100 parov črne luknje trčijo.
Signal vsakega trka vsebuje informacije o kako velike so bile črne luknje. Toda signal je potoval po vesolju in v tem času se je vesolje razširilo, kar spremeni lastnosti signala.
Astrofizik iz UChicaga Daniel Holz, eden od dveh avtorjev prispevka, je dejal, "Če bi na primer vzeli črno luknjo in jo postavili prej v vesolje, bi se signal spremenil in izgledala bi kot večja črna luknja, kot je."
Določanje načina za oceno, kako se je ta signal spremenil, bi lahko znanstvenikom pomagalo izračunati hitrost širjenja vesolja. Vendar je težava kalibracija: kako vedo, koliko se je spremenilo od izvirnika?
V tej novi študiji znanstveniki predlagajo, da lahko uporabijo novo znanje o celotni populaciji črnih lukenj kot orodje za umerjanje. Trenutni dokazi na primer kažejo, da ima večina odkritih črnih lukenj med pet do 40-kratno maso našega sonca.
Prvi avtor Jose María Ezquiaga, podoktorski sodelavec NASA Einstein in sodelavec Inštituta za kozmološko fiziko Kavli, ki sodeluje s Holzom na UChicagu, je dejal: »Tako izmerimo mase bližnjih črnih lukenj in razumemo njihove značilnosti, nato pa pogledamo dlje in vidimo, koliko so se te nadaljnje premaknile. In to vam daje merilo širjenja vesolja.«
Znanstveniki so navdušeni, ker bo v prihodnosti, ko se bodo zmogljivosti LIGO razširile, lahko metoda ponudila edinstveno okno v »najstniška« leta vesolja – pred približno 10 milijardami let –, ki jih je težko preučevati z drugimi metodami.
Avtorji so opozorili, »Druga prednost te metode je, da vrzeli v našem znanstvenem znanju ustvarjajo manj negotovosti. Metoda se lahko kalibrira z uporabo celotnega populacije črnih lukenj, neposredno prepoznavanje in popravljanje napak. Druge metode, ki se uporabljajo za izračun Hubblove konstante, se opirajo na naše trenutno razumevanje fizike zvezd in galaksij, ki vključuje veliko zapletene fizike in astrofizike. To pomeni, da bi se lahko meritve precej zmotile, če česa še ne vemo.«
»Nasprotno pa se ta nova metoda črne luknje skoraj izključno zanaša na Einsteinova teorija gravitacije, ki je dobro raziskano in se je uprlo vsem načinom, kako so ga znanstveniki doslej poskušali testirati.«
Holz je dejal, »Več kot imajo odčitkov iz vseh črnih lukenj, natančnejša bo ta kalibracija. Po možnosti potrebujemo na tisoče teh signalov, ki bi jih morali imeti v nekaj letih, še več pa v naslednjem desetletju ali dveh. Takrat bi bila to neverjetno močna metoda za spoznavanje vesolja.«
Referenca dnevnika:
- Jose María Ezquiaga in Daniel E. Holz. Spektralne sirene: kozmologija iz celotne porazdelitve mase kompaktnih binarnih sistemov. Fiz. Rev. Lett. 129, 061102 – Objavljeno 3. avgusta 2022. DOI: 10.1103 / PhysRevLett.129.061102
