Umělecké zobrazení dvou neutronových hvězd, které spojují a uvolňují gravitační vlny.
(Obrázek: © R. Hurt / Caltech-JPL)
Analýza vlnky v látce prostoru a času vytvořené dvojicí mrtvých hvězd může brzy vyřešit kosmické tajemství obklopující, jak rychle se vesmír rozšiřuje - pokud mají vědci štěstí.
To je verdikt nové studie, která může také osvětlit konečný osud vesmíru, říkali vědci, kteří na něm pracovali.
Kosmos se od svého narození rozšiřoval zhruba před 13,8 miliardami let. Měřením současné rychlosti expanze vesmíru, známé jako Hubbleova konstantaVědci mohou odvodit věk vesmíru a podrobnosti o jeho současném stavu. Mohou dokonce použít číslo, aby se pokusili učit osud vesmíru, například zda se navždy rozšíří, zhroutí se na sebe nebo se úplně roztrhne.
Vědci používají dvě primární metody k měření Hubbleovy konstanty. Jeden zahrnuje sledování blízkých objektů, jejichž vlastnosti vědci dobře rozumějí, jako jsou hvězdné exploze známé jako supernovy a pulzující hvězdy známé jako Cefeidové proměnné, aby bylo možné odhadnout jejich vzdálenosti a poté odvodit rychlost expanze vesmíru. Druhý se zaměřuje na kosmické mikrovlnné pozadí, zbytkové záření z Velkého třesku a zkoumá, jak se časem změnilo, aby se vypočítalo, jak rychle se vesmír rozšířil.
Tato dvojice technik však přinesla dva různé výsledky pro hodnotu Hubbleovy konstanty. Data z kosmického mikrovlnného pozadí naznačují, že vesmír se v současné době rozšiřuje rychlostí asi 67,6 km (67 km) za sekundu za 3,26 milionu světelných let, zatímco údaje ze supernov a Cefeidů v blízkém vesmíru naznačují rychlost asi 45,3 mil ( 73 km) za sekundu za 3,26 milionu světelných let.
Tento rozpor naznačuje, že standardní kosmologický model - chápání vědců o struktuře a historii vesmíru - by se mohl mýlit. Řešení této debaty, známé jako Hubbleův neustálý konflikt, mohl vrhnout světlo na vývoj a konečný osud vesmíru.
V nové studii fyzici naznačují, že budoucí data z vln v látce prostoru a času známá jako gravitační vlny by mohla pomoci překonat tuto patovou situaci. „Hubbleův neustálý konflikt - největší náznak, že náš model vesmíru je neúplný - je vyřešitelný za pět až deset let,“ řekl vedoucí studie Stephen Feeney, astrofyzik z Flatironova institutu v New Yorku, řekl agentuře Space.com.
Podle Einsteinovy teorie obecné relativity, gravitace vyplývá z toho, jak hmota zkresluje časoprostor. Když se jakýkoli objekt s masovými pohyby, měl by produkovat gravitační vlny, které se zipují rychlostí světla, protahováním a mačkáním časoprostoru podél cesty.
Gravitační vlny jsou mimořádně slabé a vědci objevili první přímé důkazy teprve v roce 2016. V roce 2017 vědci také zjistili gravitační vlny od srážejících se neutronových hvězd, zbytků hvězd, které zahynuly při katastrofických explozích známých jako supernovy. Pokud pozůstatky hvězdy nejsou dostatečně masivní, aby se zhroutily, aby se staly černými dírami, skončí místo toho jako neutronová hvězda, tak pojmenovaná, protože její gravitační tah je dostatečně silný, aby rozdrtil protony spolu s elektrony za vzniku neutronů.
Na rozdíl od černých děr, neutronové hvězdy vyzařují viditelné světlo, stejně jako jejich kolize. Gravitační vlny z těchto fúzí, nazývané „standardní sirény“, pomohou vědcům určit jejich vzdálenost od Země, zatímco světlo z těchto srážek pomůže určit rychlost, jakou se pohybují vzhledem k Zemi. Vědci pak mohou použít obě tyto sady dat k výpočtu Hubbleovy konstanty. Podle Feeneye a jeho kolegů může analýza havárií mezi asi 50 páry neutronových hvězd v příštích pěti až deseti letech poskytnout dostatek dat k určení nejlepšího měření Hubbleovy konstanty.
Tento odhad však závisí na frekvenci kolizí neutronových hvězd. "Míra nejistoty je značná." fúze neutronových hvězd - Koneckonců jsme zatím viděli jen jednoho, "řekl Feeney.„ Pokud bychom měli velké štěstí, že jsme jedno a fúze jsou ve skutečnosti mnohem vzácnější, než si myslíme, pak pozorujeme počet fúzí potřebných k vysvětlení Hubbleovy konstanty. konflikt může trvat déle, než jsme uvedli v naší práci. “
Gravitační vlny mohou nakonec podpořit jednu hodnotu Hubbleovy konstanty nad druhou, ale mohou také určit novou třetí hodnotu Hubbleovy konstanty, řekl Feeney. Pokud k tomu dojde, mohlo by to vést k novým poznatkům o chování supernov, Cefeidů nebo neutronových hvězd, dodal.
Vědci podrobně jejich zjištění online 14. února v časopise Physical Review Letters.
