أن موجات الجاذبية تكشف عن مدى سرعة الكون يتوسع?

منذ إنشائها 13.8 مليار سنة ، الكون في التوسع ، رمي مئات المليارات من المجرات و النجوم مثل الزبيب في ارتفاع العجين بسرعة. علماء الفلك إلى تلسكوب في بعض النجوم وغيرها من المصادر الكونية ، لقياس المسافة من الأرض و معدل إزالة اثنين المعلمات اللازمة لحساب ثابت هابل ، وحدة القياس التي توضح معدل توسع الكون.

ولكن الأكثر دقة محاولة لتقدير ثابت هابل أعطى منتشرة جدا قيم و لا يسمح لجعل استنتاج نهائي حول مدى سرعة الكون آخذ في الازدياد. هذه المعلومات ، وفقا للعلماء ، ينبغي أن تسلط الضوء على أصل الكون ومصيره: الكون في التوسع إلى الأبد أو سوف يكون في يوم من الأيام المضغوط?

و الآن العلماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وجامعة هارفارد وقد اقترح أكثر دقة و طريقة مستقلة لقياس ثابت هابل باستخدام موجات الجاذبية المنبعثة من النادر نسبيا أنظمة: النظام الثنائي, الثقب الأسود — النجم النيوتروني, حيوية مع زوج من دوامة الثقب الأسود و النجم النيوتروني. حالما هذه الكائنات تتحرك في الرقص لأنها تخلق مساحة من الوقت تحطيم موجة ومضة من الضوء عندما اشتباك النهائي.

في ورقة نشرت في 12 تموز / يوليو في الاستعراض الجسدي الحروف وذكر العلماء أن ضوء فلاش تسمح العلماء لتقدير سرعة النظام ، أي سرعة زواله من الأرض. المنبعثة موجات الجاذبية ، إذا قبض عليهم على أرض الواقع ، ينبغي أن توفر مستقلة ودقيقة لقياس المسافة إلى النظام. على الرغم من أن أنظمة مزدوجة الثقوب السوداء و النجوم النيوترونية هي نادرة بشكل لا يصدق, ويقدر العلماء أن الكشف عن حتى عدد قليل منهم سوف تسمح لك لجعل الأكثر دقة حتى الآن تقدير ثابت هابل و سرعة توسع الكون.

"نظام ثنائي من الثقوب السوداء و النجوم النيوترونية هو نظام معقد جدا عن التي نحن نعرف القليل جدا" ، وقال سالفاتوري فيتالي ، أستاذ الفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ويؤدي كاتب المقال. "إذا وجدنا أحد الجائزة سوف تقدم جذري في فهمنا للكون."

فيتالي هو المؤلف المشارك Hsin-يو تشن من جامعة هارفارد.

التنافس المستمر

في الآونة الأخيرة, كان هناك اثنين من قياسات مستقلة من هابل ثابتة واحدة باستخدام تلسكوب الفضاء هابل, ناسا, و أخرى باستخدام القمر الصناعي "بلانك" التابع لوكالة الفضاء الأوروبية. قياس "هابل" كان بناء على الملاحظات النجم المعروف باسم متغير Cepheids ، السوبرنوفا الملاحظات. كل من هذه المرافق تعتبر "المعيار الشموع" القدرة على التنبؤ في تغيير سطوع ، والتي العلماء في تقدير المسافة إلى النجم و سرعته.

نوع آخر من التقييم استنادا إلى ملاحظات من تقلبات الخلفية الكونية الميكروويف الإشعاع الكهرومغناطيسي غادر بعد الانفجار الكبير ، عندما كان الكون لا يزال في مراحله الأولى. على الرغم من الملاحظات سواء من تحقيقات دقيقة للغاية ، تقديرات هابل ثابتة لا أوافق بشدة.

"و هنا يأتي دور LIGO" ، ويقول فيتالي.

LIGO ، أو تداخل الليزر الجاذبية-موجة المرصد يبحثون عن موجات الجاذبية — تموجات في نسيج الزمكان التي تنشأ نتيجة الفيزياء الفلكية نوازل.

"موجات الجاذبية توفر طريقة بسيطة جدا وسهلة لقياس المسافات إلى مصادرها" ، ويقول فيتالي. "ما وجدناه مع LIGO — مباشر بصمة المسافة من المصدر من دون أي تحليل إضافي."

في عام 2017 ، حصل العلماء على أول فرصة لتقييم هابل المستمر من مصدر موجات الجاذبية ، LIGO ، وعندما بها نظيره الإيطالي العذراء اكتشاف زوج من اصطدام النجوم النيوترونية للمرة الأولى في التاريخ. هذا الاصطدام صدر كمية هائلة من موجات الجاذبية أن العلماء قياس لتحديد المسافة من الأرض إلى النظام. الاندماج أيضا يعطي ومضة من الضوء الذي الفلك كانت قادرة على أداء مع مساعدة من الأرض و التلسكوبات الفضائية ، لتحديد سرعة النظام.

بعد كل القياسات العلماء بحساب جديد قيمة ثابت هابل. غير أن النتيجة جاءت مع مجموعة كبيرة نسبيا من عدم اليقين من 14% أكثر غموضا من القيم المحسوبة باستخدام "هابل" و "بار".

فيتالي قال أن الكثير من عدم اليقين ينبع من حقيقة أن تفسير المسافة من النظام الثنائي إلى الأرض من الصعب بما فيه الكفاية ، وذلك باستخدام موجات الجاذبية ، إنشاؤه من قبل النظام.

"نحن نقيس المسافة ، وتبحث في كيفية "بصوت عال" ستكون موجة الجاذبية, وهذا هو, كيف نظيفة البيانات المتوفرة لدينا في ذلك" يقول فيتالي. "إذا كان كل شيء واضح ، يمكنك أن ترى أنها بصوت عال, و تحديد المسافة. ولكن هذا صحيح جزئيا فقط على أنظمة ثنائية".

حقيقة أن هذه أنظمة توليد يحوم القرص من الطاقة الرقص تطوير اثنين من النجوم النيوترونية تنبعث منها موجات الجاذبية بشكل غير متساو. معظم موجات الجاذبية هي التي أطلقت من مركز القرص ، في حين أن أصغر جزء يخرج من الحواف. إذا كان العلماء الكشف عن "بصوت عال" إشارة موجات الجاذبية, قد تشير إلى واحد من اثنين من السيناريوهات: الكشف عن موجات يولدون على حواف النظام ، التي هي قريبة جدا من الأرض ، وموجات تنبع من وسط أكثر البعيدة.

"في حالة ضعفنظم النجوم من الصعب جدا التمييز بين هاتين الحالتين," يقول فيتالي.

موجة جديدة

في عام 2014 ، قبل LIGO وقد تم الكشف عن أول موجات الجاذبية ، فيتالي وزملاؤه لوحظ أن نظام ثنائي من الثقوب السوداء و النجوم النيوترونية ، يمكن أن تعطي أكثر دقة قياس المسافة مقارنة مع ثنائي النجوم النيوترونية. الفريق درست بدقة كيف يمكنك قياس دوران الثقب الأسود ، شريطة أن تكون هذه الكائنات تدور حول محورها مثل الأرض فقط أسرع.

الباحثون على غرار مجموعة متنوعة من أنظمة الثقوب السوداء ، بما في ذلك الثقب الأسود — النجم النيوتروني و النظام الثنائي من النجوم النيوترونية. في هذه العملية ، كان قادرا على الكشف عن أن المسافة إلى ثقب أسود — النجم النيوتروني لا يمكن تحديد بدلا من النجوم النيوترونية. فيتالي يقول أنه متصل مع دوران الثقوب السوداء حول النجوم النيوترونية لأنه يساعد على تحديد أفضل مكان في النظام تصدر موجات الجاذبية.

"نتيجة أكثر دقة قياس المسافة ، ظننت مزدوج نظام الثقب الأسود — النجم النيوتروني قد يكون أكثر ملاءمة معايير قياس ثابت هابل" ، ويقول فيتالي. "منذ ذلك الحين الكثير حدث مع LIGO و تم اكتشاف موجات الجاذبية ، إذا سار كل شيء على الموقد الخلفي".

في الآونة الأخيرة ، فيتالي عاد إلى بلده الملاحظة الأولي.

"لا يزال يفضل الناس مزدوجة النجم النيوتروني كوسيلة لقياس ثابت هابل باستخدام موجات الجاذبية" ، ويقول فيتالي. "ونحن قد أظهرت أن هناك نوع آخر من مصدر موجات الجاذبية التي لم تستخدم كاملة: الثقوب السوداء و النجوم النيوترونية ، ونسج في الرقص. LIGO سيتم البدء في جمع البيانات مرة أخرى في كانون الثاني / يناير 2019 و سوف تصبح أكثر حساسية حتى نتمكن من رؤية الأجسام البعيدة. ولذلك LIGO سوف تكون قادرا على رؤية نظام واحد على الأقل من الثقوب السوداء و النجوم النيوترونية, وخمس وعشرين, و أنها سوف تساعد على حل التوترات القائمة في قياس هابل ثابت ، نأمل في السنوات القليلة القادمة."