Stelele neutronice urlă în valuri de spațiu când mor, iar astronomii au conturat un plan de a-și folosi agonia gravitațională pentru a urmări istoria universului. Alătură-te cu noi în timp ce explorăm cum să transformăm durerea lor în profitul nostru cosmologic.
Cosmologii sunt obsedați de standarde. Motivul acestei obsesii se află în încercările lor laborioase de a măsura distanțe extreme în universul nostru. Privește o stea sau o galaxie aleatoare. Cât de departe este? Este mai aproape sau mai departe decât o stea sau o galaxie de lângă ea? Ce se întâmplă dacă unul este mai luminos sau mai slab decât celălalt?
Aceasta este o situație destul de fără speranță, cu excepția cazului în care cosmosul este împrăștiat cu lucruri standard - obiecte cu proprietăți cunoscute. Imaginați-vă dacă becurile de 100 de wați sau bastoanele de metru aruncau universul. Dacă am putea vedea acele becuri sau bastoane de contor, am putea compara Cumei ne privesc aici pe Pământ la ceea ce noiști par a fi apropiați și personali. Dacă vedem o lampă în univers și știm că ar trebui să fie aceeași luminozitate ca un bec standard de 100 de wați, atunci putem face oarecare trigonometrie pentru a depăși distanța de acest bec. La fel și pentru băț: dacă vedem un băț aleatoriu plutind și știm că ar trebui să aibă exact un metru, putem compara lungimea sa în câmpul nostru vizual și să depășim distanța cu acesta.
Bineînțeles că becurile și butoanele de contor ar face pentru sonde cosmologice rele, pentru că sunt slabe și mici. Pentru muncă serioasă avem nevoie de lucruri strălucitoare, lucruri mari și lucruri comune. Și există câteva prețioase din aceste standarde în univers: supernova de tip 1a servesc drept „lumânări standard” și oscilații acustice de baron (o rămășiță coaptă în distribuția galaxiilor rămase din universul timpuriu și subiectul unui alt articol) poate servi ca un „conducător standard”.
Dar vom avea nevoie de mai mult decât lumânări și bețe pentru a ne scoate din conundrul cosmologic actual în care ne regăsim.
Trăim într-un univers în expansiune. În fiecare zi, galaxiile se îndepărtează mai mult unul de celălalt (în medie; mai pot exista coliziuni și grupări „la scară mică”). Iar rata de expansiune a universului nostru s-a schimbat în ultimii 13,8 miliarde de ani de istorie cosmică. Universul este format dintr-o grămadă de personaje diferite: radiații, stele, gaze, lucruri ciudate precum neutrinii, lucruri mai ciudate precum materia întunecată și lucruri mai ciudate precum energia întunecată. Pe măsură ce fiecare dintre aceste componente se pornește, se oprește, începe să domine sau nu mai domină, rata de expansiune a universului se schimbă pe rând.
Întoarce-te în vremurile bune, materia obișnuită să fie șefa universului. Așadar, pe măsură ce universul s-a extins, acea expansiune a încetinit de la tracțiunea gravitațională constantă a întregii materii. Dar atunci problema s-a răspândit prea mult, prea subțire și prea slabă pentru a controla cosmosul.
În urmă cu aproximativ cinci miliarde de ani, energia întunecată a preluat controlul, inversând o ușoară decelerare a expansiunii universului și împingând petala spre metal, determinând extinderea universului nu doar să continue, ci să accelereze. Energia întunecată - oricare ar fi aceasta - își continuă dominația sinistră a cosmosului până în zilele noastre.
Este extrem de important să măsurăm rata de expansiune a universuluichiar acum - întrucât rata de expansiune este legată de conținutul universului, măsurarea ratei de expansiune astăzi ne spune cine sunt actorii cosmologici majori și importanța lor relativă. Putem măsura rata de expansiune de astăzi, cunoscută sub numele de constantă Hubble, de mai multe moduri, cum ar fi cu bastoanele și lumânările.
Și aici se află o tensiune surprinzătoare. Măsurătorile constantei Hubble din universul din apropiere, folosind lucruri precum supernova, dau o valoare particulară. Dar măsurătorile universului timpuriu folosind fundalul microundelor cosmice duc, de asemenea, la constrângeri la constanta Hubble de astăzi, iar aceste măsurători nu sunt deloc de acord între ele.
O problemă lipicioasă: două metode independente de măsurare a aceluiași număr duc la rezultate diferite. Ar putea fi un semn de fizică complet nouă sau doar observații slab înțelese. Dar, indiferent de caz, în timp ce unii cosmologi privesc această situație ca pe o provocare, alții o privesc ca pe o oportunitate. Ceea ce avem nevoie sunt mai multe măsurători și în special cele care sunt total independente de cele existente. Avem rigle standard și lumânări standard, deci despre ... sirene standard.
Sigur de ce nu.
Undele gravitaționale cacofonii care se vor exploda din momentele finale ale coliziunilor a două stele neutronice poartă informații cosmologice suculente. Întrucât le înțelegem foarte bine fizica, putem studia structura ultra-precisă a undelor gravitaționale pentru a ști cât de tare (în gravitație, nu în sunet, dar va trebui doar să te rostogolești cu metafora), care țipau când s-au ciocnit . Atunci putem compara asta cu cât de tare sună aici pe Pământ și voilă: o distanță.
Această tehnică a dat deja o măsurare (relativ aspră) a constantei Hubble de la singura fuziune de stele neutronice.
Dar acesta nu ar trebui să fie ultimul urlet de moarte cu stele neutronice pe care îl auzim. În anii următori, ne așteptăm (sperăm?) Să mai prindem zeci în plus. Și cu fiecare coliziune putem depăși o distanță de încredere față de evenimentul înfocat și măsuram istoria de expansiune a universului de la doamnele lor neutronice, oferind o cale complet diferită pentru a dezvălui valoarea constantei lui Hubble.
Cosmologii de la Universitatea din Chicago au prezis că în termen de cinci ani, tehnica sirenelor standard va oferi măsurători competitive cu metodele existente. Dar când vine vorba de marea dezbatere cosmologică a secolului XXI, rămâne întrebarea: sirenele standard vor fi factorul decisiv sau vor adânci doar misterul?
Citește mai mult: „O măsurare constantă Hubble de 2% din sirenele standard în 5 ani”
