Kunne gravitasjonsbølger avsløre hvor fort universet utvider?

Siden starten med 13,8 milliarder år siden, universet fortsetter å ekspandere, å kaste hundrevis av milliarder av galakser og stjerner som rosiner i stigende deigen raskt. Den astronomer pekte teleskopet på noen stjerner og andre kosmiske kilder, for å måle avstanden fra Jorden og fjerning pris — to parametere som er nødvendig for å beregne Hubble konstant, måleenhet som beskriver pris av utvidelsen av Universet.

Men langt den mest nøyaktige forsøk på å anslå Hubble konstant ga svært spredt verdier og det er ikke lov til å ta en endelig konklusjon om hvor fort universet er økende. Denne informasjonen, i henhold til forskere, burde kaste lys over opprinnelsen av Universet og dets skjebne: vil kosmos vokse for alltid eller for en dag vil bli komprimert?

Og nå har forskere fra mit og Harvard University har foreslått en mer nøyaktig og uavhengig metode for å måle Hubble konstant ved hjelp av gravitasjonsbølger som slippes ut av den relativt sjeldne systemer: binære systemet, black hole — nøytron-stjerners, energisk med et par av spiral sort hull og nøytron-stjerners. Så snart disse objekter beveger seg i dansen, skaper de et rom-tid bølge knuste og glimt av lys når den endelige sammenstøt.

I en artikkel publisert juli 12 i Physical Review Letters, forskere rapporterte at flash-lys vil tillate forskere å beregne hastigheten på systemet, dvs. hastigheten på sin fjerning fra Bakken. Den slippes ut gravitasjonsbølger, hvis du fange dem på Bakken, bør gi et selvstendig og nøyaktig måling av avstand til systemet. Til tross for at dual-systemer sorte hull og nøytron stjerner er utrolig sjeldne, forskere anslår at påvisning av selv om noen av dem vil tillate deg å få mest mulig nøyaktige oppdatert estimat av Hubble konstant og hastighet av utvidelsen av Universet.

"et Binært system av sorte hull og nøytron stjerner er en svært komplisert system som vi vet svært lite," sa Salvatore Vitale, Professor i fysikk ved MIT og hovedforfatter av artikkelen. "Hvis vi finner en, vil premien være en radikal gjennombrudd i vår forståelse av Universet."

Vitale er co-forfatter av Hsin-Yu Chen fra Harvard.

Konkurrerende konstant

Nylig, det har vært to uavhengige målinger av Hubble konstant, ett ved hjelp av Hubble space telescope, NASA, og den andre ved hjelp av satellitt, "planke" på European space Agency. Måling av "Hubble" var basert på observasjoner av en stjerne, kjent som variabel av Cepheids, og supernovae observasjoner. Begge disse fasiliteter er betraktet som "standard lys" for forutsigbarhet i lysstyrken endres, noe som forskere anslår avstanden til stjernen og hastighet.

En Annen type evaluering er basert på observasjoner av svingninger i den kosmiske mikrobølgeovn bakgrunn av elektromagnetisk stråling som er igjen etter Big Bang, da universet var fortsatt i sin barndom. Selv om observasjoner av både prober er ekstremt nøyaktig, deres estimater av Hubble konstant sterkt uenige.

"Og her kommer inn i bildet LIGO, sier Vitale.

LIGO, eller laser interferometer gravitasjons-wave Observatory, er på jakt etter gravitasjonsbølger — krusninger i oppbyggingen av rom-tid som oppstår som et resultat av astrofysiske kataklysmer.

"gravitasjonsbølger gi en svært enkel og lett måte å måle avstander til sine kilder, sier Vitale. "Hva vi fant med LIGO — et direkte avtrykk av avstanden fra kilden, uten ytterligere analyse."

I 2017, forskere fikk sin første sjanse til å evaluere Hubble konstant fra kilden gravitasjonsbølger, LIGO, og når hennes italienske kollega Jomfruen oppdaget et par av kollidere nøytron stjerner for første gang i historien. Dette kollisjon gitt ut en enorm mengde av gravitasjonsbølger som forskere har målt for å bestemme avstanden fra jorden til systemet. Fusjonen ga også ut en lysstråle som astronomene var i stand til å utføre med hjelp av bakken og plass teleskoper, for å bestemme hastigheten på systemet.

Etter å Ha begge målinger, forskere beregnet ny verdi av Hubble-konstanten. Imidlertid score kom med en relativt stor usikkerhet på 14%, mye mer usikker enn de verdiene som er beregnet ved hjelp av "Hubble" og "Bar".

Vitale sa at mye av den usikkerhet som stammer fra det faktum at å tolke avstand fra det binære systemet til Bakken hardt nok, ved hjelp av gravitasjonsbølger, som er opprettet av systemet.

"Vi måle avstand, ser på hvor "høyt" ville være et gravitasjonsfelt bølge, det er, hvor ren er våre data på det," sier Vitale. "Hvis alt er klart, du kan se at hun er høy, og fastslå avstanden. Men dette gjelder bare delvis for binære systemer".

Det faktum at disse systemene, og skapte en virvlende disk av energi som dans utvikling av to nøytron stjerner sender ut gravitasjonsbølger ujevnt. De fleste gravitasjonsbølger er avfyrt fra midten av platen, mens en mindre del kommer ut fra kantene. Hvis forskere oppdage "høyt" signal av gravitasjonsbølger, kan det bety ett av to scenarioer: oppdaget bølger er født på kantene av systemet, som er svært nær Bakken, og bølger kommer fra midten av en mye mer fjerne system.

"I tilfelle av dobbeltsystemer stjerner svært vanskelig å skille mellom disse to situasjonene, sier Vitale.

Ny bølge

I 2014, før LIGO har oppdaget den første gravitasjonsbølger, Vitale og hans kolleger at et binært system av sorte hull og nøytron stjerner, kan gi en mer nøyaktig måling av avstand sammenlignet med binære nøytron stjerner. Teamet studert hvor nøyaktig du kan måle rotasjon av det sorte hullet, forutsatt at disse objektene kan rotere rundt sin akse som Jorden, bare raskere.

Forskere har modellert en rekke systemer med sorte hull, som black hole — nøytron-stjerne, og det binære system nøytron stjerner. I prosessen, var i stand til å oppdage at avstanden til det sorte hullet — nøytron-stjerners kan ikke bestemme snarere enn nøytron stjerner. Vitale, sier at det er forbundet med rotasjon av sorte hull rundt nøytron stjerner fordi det bidrar til å bedre finne ut hvor i systemet kommer gravitasjonsbølger.

"på grunn av mer nøyaktig måling av avstand, jeg trodde et dobbelt system svart hull — nøytron-stjerners kan være en mer passende målestokk for måling av Hubble konstant, sier Vitale. "Siden da har skjedd mye med LIGO og ble oppdaget gravitasjonsbølger, så det hele gikk på sparebluss".

Nylig, Vitale tilbake til hans første observasjon.

"likevel, folk foretrukket den doble nøytron-stjerners som en måte å måle Hubble konstant ved hjelp av gravitasjonsbølger, sier Vitale. "Vi har vist at det er en annen type kilde av gravitasjonsbølger, som ikke ble brukt i sin helhet: sorte hull og nøytron stjerner, spunnet i dansen. LIGO vil begynne å samle inn data på nytt i januar 2019, og vil bli mye mer følsomme, slik at vi kan se flere objekter som er langt borte. Derfor, LIGO vil være i stand til å se minst ett system av sorte hull og nøytron stjerner, og tjue-fem, og det vil bidra til å løse eksisterende spenninger i målingen av Hubble konstant, forhåpentligvis i neste årene."