Само след няколко години наблюдения на гравитационни вълни от сливането на неутронни звезди ще бъде възможно да се определи точност колко бързо се разширява Вселената.
Различните методи сега водят до различни резултати.
Проучването е публикувано в списание Nature.
Според изследователи от Университета в Чикаго точна оценка с помощта на гравитационните вълни, които бяха открити за пръв път само преди две години, може да бъде разработена в рамките на пет до десет години.
През 1929 г. Едвин Хъбъл шокира научната общност, като съобщи, че наблюденията му доказват, че Вселената не е статична, а по-скоро е в постоянно състояние на разширяване. Нещо повече - скоростта на разширяване се ускорява - колкото по-далеч е обектът, толкова по-бързо се отдръпва от нашата гледна точка. Тази констатация е в основата на голяма част от съвременната космология и - без представата за разширяваща се Вселена не може да има такова нещо като теорията за Големия взрив например.
Определянето на точната скорост на разширяване, така наречената константа на Хъбъл, се оказа предизвикателство дори и с днешните съвременни инструменти и техники, почти век след като Хъбъл направи своето откритие.
Астрономите използват два много различни метода за изчисляване на константата на Хъбъл - при единия се записва разстоянието до отдалечен обект (свръхнови тип Ia, чиято пикова яркост астрономите могат да изчислят с висока точност) и колко бързо се отдалечава от нас. Последното относително лесно се определя, тъй като светлината увеличава своята дължина на вълната, заради повсеместното разширяване, отмествайки се в червената част на спектъра, докато се отдалечава - това е така нареченият Доплеров ефект.
Цветна панорама на Вселената, наблюдавана от Хъбъл през 2014 г. Кредит: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI)
Измерването на разстоянието обаче е много по-вероятно да е натоварено с грешки, защото има много стъпки, при които се правят предположения и приближения. Просто казано, ако продължавате да закръглявате на всяка стъпка, незначителните грешки се натрупват и в крайна сметка може крайната стойност да се окаже със значителна грешка.
Вторият подход за изчисляване на константата на Хъбъл е изучаване на реликтовото излъчването в микровълновия диапазон на електромагнитния спектър - остатъчната радиация от Големия взрив или времето на началото на Вселената, който все още може да бъде открит. Този метод също разчита на някои предположения за това как работи Вселената.
Проблемът е, че когато се сравнят двата метода, те дават резултат, който има 10% разлика в стойността. Първият дава стойност 73,24 ± 1,74 километра в секунда за мегапарсек, а вторият - 67,4 ± 0,5.
Това е твърде голямо несъответствие, поради което много астрофизици търсят нов метод, който може да даде по-точна стойност за константата на Хъбъл.
Даниел Холц, професор по физика в Университета в Чикаго, и колеги му може би са намерили този подход. Чрез комбиниране на наблюденията на гравитационни вълни, като тези, произведени от сблъсъка на две неутронни звезди, и светлината, излъчена вследствие на сблъсъка, учените казват, че е възможно да се изчисли константата на Хъбъл по съвсем нов начин.
"Константата на Хъбъл разказва за размера и възрастта на Вселената - тя е Свещеният Граал от раждането на космологията. Изчисляването ѝ с гравитационни вълни може да ни даде изцяло нова перспектива за Вселената", заяви Холц. "Въпросът е: Кога ще се промени играта в космологията?"
Вълните на разширяващата се Вселена
Наличието на гравитационни вълни, за пръв път предсказани от Айнщайн с Общата теория на относителността преди сто години, бе потвърдено едва напоследък. Събитието беше записано от лазерната интерферометрична гравитационно-вълнова обсерватория (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory - LIGO), чиито основатели получиха Нобелова награда по физика за това постижение.
Гравитационните вълние са по същество вълни в тъканта на пространство-времето, които се генерират от взаимодействия между много масивни ускоряващи се космически обекти, като неутронни звезди или черни дупки. В много отношения гравитационните вълни не се различават от вълните, генерирани при изхвърлянето на камък в езеро.
Арт представа за гравитационни вълни, генерирани от двойни неутронни звезди. Кредит: R. Hurt/Caltech-JPL/EPA
Първото откриване на гравитационна вълна става на 14 септември 2015 г. и е резултат от сблъсъка на две черни дупки - събитие, обявено на 11 февруари 2016 г. Оттогава учените наблюдаваха редица други събития, включително гравитационни вълни, получени при сливането на две неутронни звезди. Тогава за първи път бяха уловени сигнали, произхождащи от същия източник открити както с традиционните телескопи, които откриват светлината, така и с детекторите на гравитационни вълни, които усещат вълните в тъканта на пространство-времето.
Забележителното откритие също така даде възможност на екипа изследователи от Университета на Чикаго да измисли своя метод. Чрез измерване на сигнала, излъчван от сблъскващи се звезди, учените могат да получат тяхната маса и енергия. Когато сравнят тази информация със силата на гравитационните вълни, те могат да заключат колко е отдалечен обектът.
Холц и екипа му представят изчисления на очаквания брой сливания на неутронни звезди, от които могат да бъдат регистрирани едновременно гравитационни вълни и електромагнитен сигнал. Такива събития авторите наричат "стандартни сирени", тъй като масите на неутронните звезди са в малък диапазон, поради което количеството освободена енергия ще бъде приблизително еднаква във всеки случай. В резултат това позволява независимо да се изчисли разстоянието до обекта, което, ако е налице, може да се използва за определяне на скоростта на разширяване на Вселената.
По оцента на авторите откриването на 25 сблъсъка на неутронни зверове може да позволи да се измери разширяването на Вселената с 3% точност. При 200 показания грешката намалява до 1% - а всичко това ще са нужни 5 до 10 години.
Новият метод за измерване на темпа на разширяване е потенциално по-точен, тъй като се основава на по-малко предположения. Например, в случая на свръхновите не винаги сме сигурни дали не бъркаме различните подкласове на тези обекти, чиято абсолютна яркост е различна.
Точната стойност за константата на Хъбъл може да ни каже дали природата на гравитацията се променя с течение на времето и дори би могла да хвърли светлина върху тъмната енергия, силата, отговорна за разширяването на Вселената. Също така учените могат да достигнат много по-точна стойност за възрастта на Вселената.
"Имахме късмет със сблъсъка, който наблюдавахме миналата година - това се случи близо до нас, така че бе сравнително лесно да се намери и анализира", коментира Майа Фишбах (Maya Fishbach), другият автор на статията. "Бъдещите открития ще бъдат много по-далеч, но след като получим следващото поколение телескопи, би трябвало да можем да намерим и подобни открития на по-далечни разстояния".
"Нататък ще стане по-интересно", добавя Холц.
Още по темата
Физика
Темповете на разширяване на Вселената са спорни и може би е нужна нова физика
Космос
Колко бързо се разширява Вселената: Търсете сливане на черна дупка с неутронна звезда
Космос
Живеем в пустота, но това ще ни помогне да изчислим константата на Хъбъл
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари