Když hvězdy umírají, neutronové hvězdy křičí ve vlnách časoprostoru a astronomové načrtli plán, jak využít své gravitační agony ke sledování historie vesmíru. Připojte se k nám, když zkoumáme, jak proměnit jejich bolest v náš kosmologický zisk.
Kosmologové jsou posedlí standardy. Důvod této posedlosti spočívá v jejich pracných pokusech o měření extrémních vzdáleností v našem vesmíru. Podívejte se na náhodnou hvězdu nebo galaxii. Jak daleko je to? Je to blíž nebo dál než hvězda nebo galaxie vedle ní? Co když je jeden jasnější nebo slabší než ten druhý?
To je docela beznadějná situace, pokud není vesmír rozptýlen standardními věcmi - objekty se známými vlastnostmi. Představte si, že 100 wattové žárovky nebo metrové tyčky posypaly vesmír. Kdybychom mohli vidět ty žárovky nebo metrové tyčinky, mohli bychom to porovnat jakdívají se na nás tady na Zemi na to, co myznát vypadají jako zblízka a osobní. Pokud vidíme žárovku ve vesmíru a víme, že se má jednat o stejný jas jako standardní žárovka o výkonu 100 W, můžeme udělat nějakou trigonometrii, která vyrazí vzdálenost k této žárovce. Totéž platí pro hůl: pokud vidíme, jak se náhodně vznáší hůl a víme, že má být přesně jeden metr dlouhá, můžeme porovnat její délku v našem zorném poli a vypočítat její vzdálenost.
Žárovky a měřicí tyčinky by samozřejmě sloužily pro mizerné kosmologické sondy, protože jsou slabé a malé. Pro seriózní práci potřebujeme jasné věci, velké věci a běžné věci. A ve vesmíru existuje jen velmi málo těchto standardů: Supernova typu 1a slouží jako „standardní svíčky“ a akustické oscilace baryonů (zbytek zapečený do distribuce galaxií zbývajících z raného vesmíru a předmět jiného článku) mohou sloužit jako „standardní pravítko“.
Ale budeme potřebovat víc než svíčky a tyčinky, abychom nás dostali ze současného kosmologického hádanky, ve které se nacházíme.
Žijeme v rozšiřujícím se vesmíru. Každý den se galaxie dostávají dál od sebe navzájem (v průměru mohou stále existovat „drobné“ srážky a seskupení). A míra expanze našeho vesmíru se během posledních 13,8 miliard let kosmické historie změnila. Vesmír je tvořen spoustou různých postav: záření, hvězdy, plyn, podivné věci jako neutrina, podivnější věci jako temná hmota a nejpodivnější věci jako temná energie. Když se každá z těchto složek zapne, vypne, začne dominovat nebo přestane dominovat, rychlost expanze vesmíru se zase posune.
Cesta zpět za starých dobrých časů byla hmota šéfem vesmíru. S tím, jak se vesmír rozšiřoval, se tato expanze zpomalila z neustálého gravitačního tahání všeho důležitého. Ale pak se záležitost příliš rozšířila, příliš tenká a příliš slabá na to, aby ovládla vesmír.
Asi před pěti miliardami let převzala temná energie kontrolu, zvrátila mírné zpomalení expanze vesmíru a tlačila okvětní lístek na kov, což způsobilo, že expanze vesmíru nejen pokračovala, ale aby se také zrychlila. Temná energie - ať už to je cokoli - pokračuje ve své zlověstné dominanci vesmíru dodnes.
Je kriticky důležité měřit rychlost expanze vesmíruprávě teď - protože míra expanze je vázána na obsah vesmíru, měření rychlosti expanze nám dnes říká, kdo jsou hlavní kosmologičtí hráči a jejich relativní význam. Můžeme změřit dnešní rychlost expanze, známou jako Hubbleova konstanta, mnoha způsoby, například pomocí tyčinek a svíček.
A zde leží překvapivé napětí. Měření Hubbleovy konstanty z blízkého vesmíru pomocí věcí, jako je supernova, dávají jednu konkrétní hodnotu. Měření raného vesmíru pomocí kosmického mikrovlnného pozadí však také vedou k omezením dnešní Hubblovy konstanty a tato měření se zcela neshodují.
Lepivý problém: dvě nezávislé metody měření stejného čísla vedou k různým výsledkům. Mohlo by to být známkou zcela nové fyziky nebo jen špatně pochopených pozorování. Ale ať už jde o jakýkoli případ, zatímco někteří kosmologové považují tuto situaci za výzvu, jiní ji považují za příležitost. Potřebujeme více měření, a to zejména ta, která jsou zcela nezávislá na stávajících. Máme standardní pravítka a standardní svíčky, takže co ... standardní sirény.
Jistě proč ne.
Kofonové gravitační vlny, které vytryskly z posledních okamžiků kolizí dvou neutronových hvězd, nesou šťavnaté kosmologické informace. Protože jejich fyzice rozumíme velmi dobře, můžeme studovat velmi přesnou strukturu gravitačních vln, abychom věděli, jak hlasitě (v gravitaci, ne ve zvuku, ale budete muset jen házet s metaforou), křičeli, když se srazili . Pak to můžeme porovnat s tím, jak hlasitě znějí tady na Zemi, a voila: vzdálenost.
Tato technika již poskytla (relativně hrubé) měření Hubbleovy konstanty z jediného pozorovaného sloučení neutronových hvězd.
To by ale neměl být poslední křik smrti neutronových hvězd, který slyšíme. V následujících letech očekáváme (doufám?), Že chytíme desítky dalších. A s každou kolizí dokážeme určit spolehlivou vzdálenost od ohnivé události a změřit historii expanze vesmíru od jejich zániku neutrony, a poskytnout zcela jinou stopu, která odhalí hodnotu Hubbleovy konstanty.
Kosmologové na Chicagské univerzitě předpovídali, že do pěti let bude technika standardních sirén poskytovat měření konkurenceschopná se stávajícími metodami. Ale pokud jde o velkou kosmologickou debatu 21. století, zůstává otázkou: Budou rozhodujícími faktory standardní sirény nebo jen prohloubí tajemství?
Číst dále: „Měření Hubbleovy konstanty 2% ze standardních sirén do 5 let“
