В новом исследовании два астрофизика из Чикагского университета изложили метод использования пар сталкивающихся чёрных дыр для измерения скорости расширения нашей Вселенной.
Чёрная дыра обычно является местом, где информация исчезает бесследно, но учёные, возможно, нашли способ использовать последние моменты её существования, чтобы рассказать нам об истории Вселенной.
В новом исследовании, опубликованном в Physical Review Letters, два астрофизика из Чикагского университета предложили способ для измерения скорости расширения нашей Вселенной и, таким образом, понимания того, как Вселенная развивалась, из чего она состоит, и как она появилась.
В частности, учёные считают, что новая техника, которую они называют “спектральной сиреной”, может рассказать нам о неуловимых “подростковых” годах Вселенной.
Космический правитель
Главный продолжающийся научный спор заключается в том, насколько быстро расширяется Вселенная – число, определяющее эту величину называется постоянной Хаббла. Различные методы, доступные на данный момент, дают немного разные ответы, и учёные стремятся найти альтернативные способы измерения этой скорости. Проверка точности этого числа особенно важна, потому что оно влияет на наше понимание фундаментальных вопросов, таких как возраст, история и состав Вселенной.
Новое исследование предлагает способ сделать этот расчёт, используя специальные детекторы, которые улавливают космическое эхо оставшееся от столкновения чёрных дыр.
Время от времени две чёрные дыры сталкиваются друг с другом – событие настолько мощное, что оно буквально создаёт рябь в пространстве-времени, которая распространяется по всей Вселенной. Здесь, на Земле, обсерватории LIGO и Virgo могут уловить эту рябь, которая называется гравитационными волнами.
За последние несколько лет LIGO и Virgo собрали информацию о почти сотне пар столкнувшихся чёрных дыр.
Сигнал от каждого столкновения содержит информацию о том, насколько массивными были чёрные дыры. Но сигнал путешествовал в пространстве, и за это время Вселенная расширилась, что меняет свойства сигнала.
“Например, если вы возьмете чёрную дыру и поместите её дальше во Вселенной, сигнал изменится, и она будет выглядеть как большая чёрная дыра, чем она и является на самом деле”, – объяснил астрофизик из Университета Чикаго Дэниел Хольц, один из двух авторов исследования.
Если учёные смогут найти способ для измерения того, как изменился этот сигнал, они смогут рассчитать скорость расширения Вселенной. Проблема в калибровке: откуда они узнают, насколько она отличается от оригинала?
Калибровка данных
В своей новой статье Хольц и ведущий автор исследования Хосе Мария Эскиага предполагают, что они могут использовать наши новые знания о всей популяции чёрных дыр в качестве калибровочного инструмента. Например, текущие данные свидетельствуют о том, что большинство обнаруженных чёрных дыр имеют массу от 5 до 40 раз большую, чем масса нашего Солнца.
“Итак, мы измеряем массы ближайших чёрных дыр и понимаем их особенности, а затем смотрим дальше и дальше”, – сказал Эскиага. “И это даёт вам скорость расширения Вселенной”.
Учёные надеются, что в будущем, когда возможности LIGO расширятся, предложенный ими метод сможет открыть уникальное окно в “подростковые” годы Вселенной – около 10 миллиардов лет назад, – которые трудно изучать другими методами.
Исследователи могут использовать космический микроволновый фон, чтобы изучить самые ранние моменты существования Вселенной, и они могут исследовать галактики рядом с нашей собственной галактикой, чтобы изучить недавнюю историю Вселенной. Но промежуточный период труднее охватить, и это область особого научного интереса.
А при чём тут Эйнштейн?
По словам авторов, ещё одно преимущество этого метода заключается в том, что пробелы в наших научных знаниях создают меньше неопределённостей.
“Используя всю популяцию чёрных дыр, метод может откалибровать себя, непосредственно выявляя и исправляя ошибки”, – сказал Хольц.
Другие методы, используемые для вычисления постоянной Хаббла, основаны на нашем нынешнем понимании физики звёзд и галактик, которое включает в себя множество сложных физических и астрофизических явлений. Это означает, что измерения могут быть сильно искажены, если есть что-то, чего мы ещё не знаем.
Напротив, этот новый метод с использованием чёрных дыр опирается почти исключительно на теорию гравитации Эйнштейна, которая хорошо изучена и противостоит всем способам, которыми учёные пытались её проверить до сих пор.
Источник: https://universetoday.ru/
Обозрение "Terra & Comp".
