Слаб космически шум може да разреши мистерията на разширяващата се Вселена - напрежението на Хъбъл

Ваня Милева Последна промяна на 05 March 2026 в 00:00 4788 0

Схематично представяне на разширяването на Вселената от Големия взрив до наши дни.

Кредит NASA
Схематично представяне на разширяването на Вселената от Големия взрив до наши дни.

В продължение на близо век астрономите знаят, че Вселената се разширява – Едуин Хъбъл открива това в края на 20-те години на миналия век. За да определят колко бързо се разширява днес, астрономите изчисляват стойност, кръстена на него – константата на Хъбъл. За измерването ѝ се използват няколко независими техники и тъй като те се основават на една и съща базова физика, те би трябвало да дават едни и същи резултати. Вместо това, измерванията, базирани на наблюдения на ранната Вселена, се сблъскват с тези на по-новата Вселена. Това несъответствие е известно като напрежението на Хъбъл и е един от най-значимите нерешени проблеми в съвременната космология.

Група астрофизици и космолози от Инженерния колеж "Грейнджър" към Университета на Илинойс Урбана-Шампейн и Университета в Чикаго разработи нов метод за изчисляване на константата на Хъбъл, използвайки гравитационни вълни – малки пулсации в пространство-времето. Техният подход подобрява прецизността на предишни техники, базирани на гравитационни вълни. С нарастването на чувствителността на детекторите, този метод би могъл да доведе до още по-точни измервания, което потенциално би позволило на учените да преодолеят разликата между константата на Хъбъл и нейните данни.

Как астрономите измерват разширяването на Вселената

От началото на 20-ти век изследователите използват две основни стратегии за измерване на космическото разширяване. Единият метод използва електромагнитни наблюдения, а другият - гравитационни вълни. Добре познат електромагнитен метод използва "стандартни свещи", като например свръхнови, мощни звездни експлозии. Тъй като астрономите знаят колко ярки са всъщност тези събития, те могат да изчислят както разстоянието им от Земята, така и скоростта им от Земята. Чрез комбиниране на тези числа те могат да определят скоростта на разширяване на Вселената.

През последните години гравитационните вълни откриха нов път. Тези вълни се създават, когато изключително плътни обекти, като черни дупки, се сблъскват. Вълните се разпространяват през пространството със скоростта на светлината, подобно на кръговите вълни, които се разпространяват през водата, след като камък бъде хвърлен в езеро. На Земята колаборацията LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), глобална мрежа от над 2000 членове, открива тези сигнали.

По-трудно е обаче да се определи колко бързо се отдалечава източникът поради космическото разширение. За да измерят тази скорост, астрономите обикновено трябва да открият светлина от сблъсъка или да идентифицират галактиката, където се е случил сблъсъкът.

Гравитационните вълни могат да действат като "стандартни сирени" за измерване на константата на Хъбъл чрез осигуряване на директни измервания на разстоянието до сливащи се двойни черни дупки, заобикаляйки традиционната космическа стълба на разстоянията.

В идеалния случай всички тези техники биха сочили към една и съща константа на Хъбъл. Вместо това, те си противоречат. Ако това несъответствие продължава, това може да означава, че учените трябва да преразгледат разбирането си за ранната Вселена. Възможните обяснения включват ранна тъмна енергия, взаимодействия между тъмната материя и неутрино или промени в поведението на тъмната енергия с течение на времето.

The Stochastic Siren: Astrophysical Gravitational-Wave Background Measurements of the Hubble Constant. Bryce Cousins et. al. https://arxiv.org/abs/2503.01997

[image or embed]

— AstroArxiv (@astroarxiv.bsky.social) March 5, 2025 at 6:12 AM

Нов метод за определяне на гравитационния вълнов фон

В последното си проучване Николас Юнес (Nicolás Yunes) и колегите му описват нов начин за оценка на константата на Хъбъл чрез изучаване на сблъсъци на черни дупки, които настоящите детектори не могат да засекат поотделно. Заедно тези многобройни слаби събития образуват това, което се нарича гравитационен вълнов фон - фоновият шум или "бръмченето" на гравитационни вълни от сливащи се черни дупки в далечни галактики.

Екипът показва, че ако константата на Хъбъл е по-малка, общият наблюдаем обем на Вселената също би бил по-малък. Това би означавало, че сблъсъците на черни дупки биха били концентрирани в по-малко пространство, увеличавайки общата сила на гравитационния вълнов фон. Ако този фонов сигнал не бъде засечен на някакво ниво, това изключва по-малките скорости на разширяване.

Изследователите наричат ​​своя подход стохастичен метод на сирените, визирайки случайния характер на сблъсъците, които допринасят за гравитационния вълнов фон.

Използвайки действителни данни от LVK, екипът тества своя метод. Дори без директно откриване на гравитационния вълнов фон, те успяват да изключат особено бавните скорости на разширяване.

Чрез комбиниране на стохастичния метод на сирените със съществуващи измервания на отделни сливания на черни дупки, те постигат по-точна оценка на константата на Хъбъл. Резултатът им попада в диапазона, свързан с напрежението на Хъбъл, демонстрирайки потенциала на метода за усъвършенстване на бъдещи измервания.

С усъвършенстването на обсерваторите за гравитационни вълни се очаква тази стратегия да стане още по-мощна. Учените очакват фонът на гравитационните вълни да бъде открит в рамките на около шест години. Дотогава все по-строгите ограничения на фоновия сигнал ще продължат да намаляват възможния диапазон на константата на Хъбъл.

Справка: Stochastic Siren: Astrophysical gravitational-wave background measurements of the Hubble constant; Bryce Cousins and Kristen Schumacher and Adrian Ka-Wai Chung and Colm Talbot and Thomas Callister and Daniel E. Holz and Nicolás Yunes; Phys. Rev. Lett. - Accepted 16 January, 2026; DOI: https://doi.org/10.1103/4lzh-bm7y 

Източник: Illinois and UChicago physicists develop a new method to measure the expansion rate of the universe, Illinois Campus Cluster

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Космос

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !