Ob Gravitationswellen entdecken, wie schnell expandiert unser Universum?

Seit Ihrem Debüt 13,8 Milliarden Jahren das Universum expandiert weiter, streute Hunderte von Milliarden Galaxien und Sterne wie Rosinen in schnell Steigend Test. Astronomen richteten Ihre Teleskope auf einige Sterne und andere kosmische Quellen, um Messen Sie Ihre Entfernung von der Erde und die Geschwindigkeit Entfernung — zwei Parameter, die notwendig sind für die Berechnung der Hubble-Konstanten, Einheiten, beschreibt die rate der Expansion des Universums.

Aber heute die genauesten versuche zu bewerten Hubble-Konstante gegeben sehr verstreut Werte und nicht erlaubt, um eine endgültige Schlussfolgerung darüber, wie schnell wächst das Universum. Diese Informationen, nach Ansicht der Wissenschaftler, soll Aufschluss über den Ursprung des Universums und auf Ihr Schicksal: ob der Kosmos unendlich erweitern oder einmal zusammenziehen?

Und siehe, die Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology und der Harvard University vorgeschlagen, eine genauere und unabhängige Verfahren Messen die Hubble-Konstante, mit der Gravitationswellen emittiert relativ selten Systemen: dem binären System ein Schwarzes Loch — Neutronenstern, ein paar kräftigen spiralförmig verwirbelt schwarzem Loch und Neutronenstern. In dem Maße, wie diese Objekte bewegen sich im Tanz, Sie schaffen eine räumlich-zeitliche сотрясающие Wellen und einen Lichtblitz, wenn es das Letzte aufeinandertreffen.

In der Arbeit, veröffentlicht 12. Juli in Physical Review Letters haben Wissenschaftler berichtet, dass ein Blitz des Lichtes ermöglicht es den Wissenschaftlern zu bewerten, die Geschwindigkeit des Systems, D. H. die Geschwindigkeit Ihrer Entfernung von der Erde. Gravitationswellen emittiert, wenn Sie zu fangen auf der Erde müssen sicherstellen, dass eine unabhängige und genaue Messung der Entfernung zum System. Trotz der Tatsache, dass binäre Systeme von schwarzen Löchern und Neutronensternen unglaublich seltene, Wissenschaftler schätzen, dass der Befund auch ein paar von Ihnen machen das ganz präzise auf den heutigen Tag die Bewertung der Hubble-Konstante und der Geschwindigkeit der Expansion des Universums.

«Binäre Systeme von schwarzen Löchern und Neutronensternen — sehr komplexe Systeme, über die wir sehr wenig wissen», sagt Salvatore Vitale, Associate Professor für Physik am MIT und Hauptautor des Artikels. «Wenn wir doch wenigstens einen, der Preis wird unser radikaler Durchbruch im Verständnis des Universums».

Vitale ist Mitautor Хсин-Yu Chen von der Harvard-Universität.

Konkurrierende permanent

Vor Kurzem wurden zwei unabhängige Messungen der Hubble-Konstante, diesmal mit dem Hubble-Weltraumteleskop der NASA, und eine andere mit dem Einsatz des Satelliten «Planck» der europäischen Weltraumorganisation. Die Dimension «Hubble» fußte auf Beobachtungen der Sterne, bekannt als die Variable-Cepheiden, sondern auch auf Beobachtungen von Supernovae. Die beiden Objekte werden als «Standard-Kerzen» für die Vorhersagbarkeit in der Veränderung der Helligkeit, die Wissenschaftler schätzen die Entfernung zum Stern und seine Geschwindigkeit.

Eine Andere Art der Auswertung basiert auf Beobachtungen der Fluktuationen der kosmischen Mikrowellen-hintergrund — der elektromagnetischen Strahlung, die übrig bleibt nach dem Urknall, als das Universum noch in den Kinderschuhen. Obwohl die Beobachtung der beiden Sonden sind äußerst präzise, Ihre Einschätzung der Hubble-Konstante stark divergieren.

«Und hier kommt ins Spiel LIGO», sagt Vitale.

LIGO, oder Laser-интерферометрическая gravitativ-Wave Observatory, auf der Suche nach Gravitationswellen — Wellen im Gewebe der Raumzeit, die geboren wird durch astrophysikalische Katastrophen.

«Gravitationswellen bieten eine sehr einfache und leichte Methode zur Messung von Entfernungen bis zu Ihren Quellen», sagt Vitale. «Was wir fanden, mit LIGO ist ein direkter Abdruck des Abstands, ohne zusätzliche Analyse».

Im Jahr 2017 Wissenschaftler haben Ihre erste Chance zu bewerten Hubble-Konstante Quelle von Gravitations-Wellen, wenn LIGO und dessen italienische Entsprechung der Jungfrau entdeckten ein paar kollidierenden Neutronensternen zum ersten mal in der Geschichte. Dieser Kampf freisetzen eine große Anzahl von Gravitationswellen, die Wissenschaftler gemessen, um zu bestimmen, die Distanz von der Erde zum System. Fusion auch ausstrahlte Lichtblitz, die den Astronomen gelang es, zu analysieren, mit Hilfe von terrestrischen und Weltraum-Teleskopen, um zu bestimmen, die die Geschwindigkeit des Systems.

Nachdem beide Dimensionen, die Wissenschaftler berechnen den neuen Wert der Hubble-Konstante. Doch die Beurteilung kam mit einer relativ großen Unsicherheit bei 14%, viel unsicherer, als die Werte, berechnet mit der Verwendung von «Hubble» und «Planck».

Vitale sagt, dass ein großer Teil der Unsicherheit ergibt sich aus der Tatsache, dass zu interpretieren Entfernung vom binären System bis zur Erde ist schwer genug, mit Gravitationswellen, erstellt von diesem System.

«Wir Messen den Abstand, indem man das, wie «laut» wäre eine gravitationswelle, also wie sauber werden unsere Daten darauf», sagt Vitale. «Wenn alles klar ist, Sie sehen, dass es laut ist, und bestimmen Sie den Abstand. Aber dies gilt nur teilweise für den doppelten Systeme».

Die Tatsache, dass diese Systeme, die verdrehte Scheibe von Energie mit der Entwicklung des Tanzes zweier Neutronensterne, Gravitationswellen emittieren ungleichmäßig. Die meisten von Gravitationswellen aus dem Zentrum katapultiert Laufwerk, während ein wesentlich kleinerer Teil kommt aus den Rändern. Wenn Wissenschaftler schneiden «lautes» Signal Gravitations-Wellen, dies deutet auf eines von zwei Szenarien: die gefundenen Wellen entstehen an den Rändern des Systems, die sehr nahe an der Erde, oder die Wellen stammen aus dem Zentrum viel mehr einem Fernen System.

«In dem Fall mit DoppelschichtenSysteme Sternen sehr schwer zu unterscheiden, diese beiden Situationen», sagt Vitale.

New Wave

Im Jahr 2014, noch bevor LIGO fand die ersten Gravitationswellen, Vitale und seine Kollegen beobachteten, dass das binäre System aus einem schwarzen Loch und einem Neutronenstern, kann eine genaue Messung des Abstandes im Vergleich zu binären Neutronen Sternen. Das Team studiert, wie genau Messen die Rotation des schwarzen Lochs, vorausgesetzt, dass diese Objekte drehen sich um die eigene Achse wie die Erde, nur schneller.

Die Forscher simulierten verschiedene Systeme mit schwarzen Löchern, einschließlich System-Schwarzes Loch — Neutronenstern und Dual-Systeme von Neutronensternen. Auf dem Weg erkennen konnte, dass der Abstand bis hin zu Systemen für das schwarze Loch — Neutronenstern kann genauer bestimmen, als bis zu Neutronensternen. Vitale sagt, dass es im Zusammenhang mit der Rotation des schwarzen Lochs um einen Neutronenstern, weil es hilft, besser zu bestimmen, wo im System Gravitationswellen stammen.

«Von-für eine präzise Messung der Entfernung dachte ich, dass duale Systeme Schwarzes Loch — Neutronenstern kann der geeignetere Bezugspunkt für die Messung der Hubble-Konstante», sagt Vitale. «Seitdem ist viel passiert mit LIGO und geöffnet wurden Gravitationswellen, also ist das alles in den hintergrund».

Vor Kurzem Vitale kehrte zu seinem ursprünglichen Beobachtung.

«bisher haben die Menschen es vorgezogen, Doppel-Neutronensterne als Methode zur Messung der Hubble-Konstante mit Hilfe von Gravitationswellen», sagt Vitale. «Wir haben gezeigt, dass es noch eine Art Quelle für Gravitations-Wellen, die vorher nicht verwendet wurde, in vollen Zügen: schwarze Löcher und Neutronensterne, verdreht im Tanz. LIGO wird sammeln Daten wieder im Januar 2019 und wird viel sensibler, und daher können wir sehen, fernere Objekte. Deshalb LIGO sehen kann, zumindest ein System aus einem schwarzen Loch und einem Neutronenstern, und es ist besser, alle fünfundzwanzig, und es wird helfen, lösen die derzeitigen Spannungen in der Messung der Hubble-Konstante, hoffe, in den nächsten Jahren».