Столкновение нейтронной звезды вызывает заметные ряби в материи пространства-времени, которые называются гравитационными волнами.
Эта рябь в материи пространства-времени, называемая гравитационными волнами, вызывала тревогу у двух сверхчувствительных детекторов, называемых LIGO. Одним из ученых, работающих с этой темой, был профессор Дэниел Хольц из Чикагского университета. Это открытие дало ему информацию, необходимую для нового новаторского измерения одного из самых важных чисел в астрофизике - постоянной Хаббла, то есть скорости расширения Вселенной.
Константа Хаббла содержит ответы на большие вопросы о Вселенной, такие как ее размер, возраст и история, но два основных способа определения ее ценности дали разные результаты. Существовал и третий способ, который мог решить один из самых насущных вопросов астрономии или укрепить ползущее подозрение, которое разделяли многие в этой области, что в нашей модели Вселенной чего-то существенного не хватает.
LIGO возвращается 1 апреля, Хольц и другие ученые готовят дополнительные данные, которые могли бы пролить свет на некоторые из самых больших вопросов Вселенной.
Вселенная расширяется в течение длительного времени, но в 1998 году ученые были потрясены, обнаружив, что скорость расширения не замедляется, на самом деле ускоряется с течением времени. В последующие десятилетия, когда они пытались точно определить скорость, стало очевидным, что различные методы измерения скорости дают разные ответы.
Один из двух методов измеряет яркость сверхновых взрывающихся звезд в далеких галактиках. Другой рассматривает крошечные флуктуации космического микроволнового фона, слабый свет, оставшийся от Большого Взрыва. Ученые работали в течение двух десятилетий, чтобы повысить точность для каждого измерения и исключить любые эффекты, которые могут поставить под угрозу результаты. Но эти два значения по-прежнему упрямо расходятся почти на 10 процентов.
Профессор Дэниел Хольц предложил новый способ вычисления постоянной Хаббла, важнейшего числа, которое измеряет скорость расширения Вселенной и содержит ответы на вопросы о размере, возрасте и истории Вселенной.
Поскольку метод сверхновых применим к относительно близким объектам, а космический микроволновый фон намного древнее, возможно, что оба метода равнозначны и что-то во Вселенной изменилось.
По словам Хольца, мы не знаем, есть ли у одного или обоих других методов какая-то систематическая ошибка или они действительно отражают фундаментальную правду о Вселенной, которая отсутствует в наших текущих моделях.
Хольц видел возможность третьего, совершенно независимого способа измерения постоянной Хаббл, но это будет зависеть от сочетания удачи и исключительных технических достижений.
В 2005 году Холц вместе со Скоттом Хьюзом из Массачусетского технологического института написал статью, в которой предлагал вычислить постоянную Хаббла с помощью комбинации гравитационных волн и света. Но сначала понадобятся годы, чтобы разработать технологию, способную уловить нечто столь эфемерное, как рябь в материи пространства-времени.
В августе 2017 года волны исходили от двух чрезвычайно тяжелых нейтронных звезд, которые вращались вокруг друг друга в далекой галактике, прежде чем, наконец, взорваться вместе со скоростью, близкой к скорости света. Столкновение вызвало гравитационные волны, пробежавшие по Вселенной, а также вспышку света, которая была зафиксирована телескопами на Земле и вокруг нее.
Этот всплеск света привел научный мир в смятение. LIGO и раньше улавливал гравитационные волны, но все предыдущие были от столкновения двух черных дыр, которые не видны в обычные телескопы. Но они могли видеть свет от сталкивающихся нейтронных звезд, и сочетание волн и света открывало сокровищницу научных богатств. Среди них были две части информации, необходимые Хольцу для вычисления постоянной Хаббла.
Несколько парадоксально, проще всего вычислить, насколько быстро движется объект. Благодаря яркому послесвечению, вызванному столкновением, астрономы могли направить телескопы на небо и точно определить галактику, где столкнулись нейтронные звезды. Затем они могут воспользоваться феноменом, называемым красным смещением: когда отдаленный объект удаляется от нас, цвет света, который он испускает, слегка смещается к красному концу спектра. Измеряя цвет света галактики, они могут использовать это покраснение, чтобы оценить, как быстро галактика удаляется от нас. Это вековой трюк для астрономов.
Более сложным является получение точного измерения расстояния до объекта. Именно здесь возникают гравитационные волны. Форма сигнала говорит ученым, насколько большими были две звезды, и сколько энергии дало столкновение. Сравнивая это с тем, насколько сильны были волны, когда они достигли Земли, они могли сделать вывод о том, как далеко должны были быть звезды.
Со временем, по словам ученых, мы будем наблюдать все больше и больше слияний двойных нейтронных звезд и использовать их как стандартные сирены, чтобы постоянно улучшать оценку постоянной Хаббла.
