Гравитационные волны уладят космическую головоломку. Измерения гравитационных волн от приблизительно 50 двойных нейтронных звезд в течение следующего десятилетия определенно разрешат интенсивные дебаты о том, как быстро расширяется наша Вселенная, согласно выводам международной команды, в которую входят Университетский колледж Лондона (UCL) и космологи Института Флатирон.

Когда нейтронные звезды сталкиваются, они излучают свет и гравитационные волны, как видно на иллюстрации этого художника. Сравнивая время двух излучений от множества различных слияний нейтронных звезд, исследователи могут измерить, насколько быстро расширяется Вселенная. Фото: R. Hurt / Caltech-JPL

Космос расширяется на 13,8 миллиардов лет. Его нынешняя скорость расширения, известная как «постоянная Хаббла», дает время, прошедшее с момента Большого взрыва.

Однако два лучших метода измерения постоянной Хаббла имеют противоречивые результаты, что говорит о том, что наше понимание структуры и истории Вселенной — «стандартной космологической модели» — может быть неверным.

Исследование, опубликованное сегодня в Physical Review Letters, показывает, как новые независимые данные от гравитационных волн, испускаемых двойными нейтронными звездами, называемые «стандартными сиренами», раз и навсегда преодолеют тупик между конфликтующими измерениями.

«Мы рассчитали, что, наблюдая за 50 двойными нейтронными звездами в течение следующего десятилетия, у нас будет достаточно данных о гравитационных волнах, чтобы независимо определить наилучшее измерение постоянной Хаббла», — сказал ведущий автор доктор Стивен Фини из Центра вычислительной астрофизики в Институт Флэтайрон в Нью-Йорке. «Мы должны быть в состоянии обнаружить достаточно слияний, чтобы ответить на этот вопрос в течение пяти-десяти лет».

Константа Хаббла, продукт работы Эдвина Хаббла и Жоржа Леметра в 1920-х годах, является одним из самых важных чисел в космологии. Константа «необходима для оценки кривизны пространства и возраста вселенной, а также для изучения ее судьбы», — сказал соавтор исследования UCL, профессор физики и астрономии Хиранья Пейрис.

«Мы можем измерить постоянную Хаббла, используя два метода — один для наблюдения цефеидных звезд и сверхновых в локальной вселенной, а второй — для измерения космического фонового излучения ранней вселенной — но эти методы не дают одинаковых значений, что означает наша стандартная космологическая модель может быть ошибочной».

Фини, Пейрис и коллеги разработали универсально применимый метод, который вычисляет, как данные гравитационных волн решат проблему.

Гравитационные волны испускаются, когда двойные нейтронные звезды вращаются навстречу друг другу, а затем сталкиваются в яркой вспышке света, которую можно обнаружить с помощью телескопов. Исследователи UCL участвовали в обнаружении первого света от гравитационно-волнового события в августе 2017 года.

Бинарные нейтронные звёзды редки, но они неоценимы в предоставлении другого пути для отслеживания расширения Вселенной. Гравитационные волны, которые они излучают, вызывают в пространстве-времени рябь, которая может быть обнаружена лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO) и экспериментами Девы, дающими точное измерение расстояния системы от Земли.

Путем дополнительного обнаружения света от сопровождающего взрыва астрономы могут определить скорость системы и следовательно, вычислить постоянную Хаббла, используя закон Хаббла.

Для этого исследования исследователи смоделировали, сколько таких наблюдений потребуется, чтобы решить проблему точного измерения постоянной Хаббла.

«Это, в свою очередь, приведет к наиболее точной картине расширения Вселенной и поможет нам улучшить стандартную космологическую модель», — заключил профессор Пейрис.

По материалам phys.org