Ученые придумали необычный способ оценки скорости расширения Вселенной

Ученые предложили новый способ измерения скорости расширения Вселенной на основе совместного наблюдения гравитационных волн и световых сигналов, возникающих при столкновении черных дыр и нейтронных звезд. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters.

Скорость расширения Вселенной, один из ключевых параметров космологии, астрофизики оценивают с помощью коэффициента, который связывает расстояние до любого внегалактического объекта со скоростью его удаления, — постоянной Хаббла. По своей физической сути это локальное ускорение.

Традиционно ученые используют для его оценки два метода. Первый базируется на анализе флуктуаций космического микроволнового фона — реликтового излучения, оставшегося от Большого взрыва; а второй — на случайном появлении сверхновых в удаленных галактиках. Согласно первому методу, величина постоянной Хаббла равна 67,4, а второму — 74 километра в секунду на мегапарсек. Естественно, астрономы обеспокоены этим серьезным несоответствием и постоянно ищут новые способы измерений.

Исследователи из Великобритании, Швеции и Нидерландов предложили метод, основанный на совместном наблюдении взрывов света и гравитационной ряби в ткани космоса, вызванных столкновениями черной дыры и нейтронной звезды. Авторы смоделировали на компьютере 25 тысяч подобных столкновений и обнаружили, что к 2030 году гравитационно-волновые обсерватории смогут ощущать рябь в пространстве-времени от трех тысяч из них, а примерно в ста таких случаях телескопы также увидят сопутствующие взрывы света.

Ученые считают, что этих данных будет достаточно, чтобы обеспечить новое, полностью независимое измерение скорости расширения Вселенной, достаточно точное и надежное, чтобы подтвердить или опровергнуть необходимость создания новой физики.

"Столкновение нейтронной звезды с черной дырой — катастрофическое событие, вызывающее рябь пространства-времени, известную как гравитационные волны, которые мы теперь можем обнаружить на Земле с помощью таких обсерваторий, как LIGO и Virgo, — приводятся в пресс-релизе Университетского колледжа Лондона слова первого автора статьи астрофизика Стивена Фини (Stephen Feeney). — Мы еще никогда не видели свет от таких столкновений, но повышение чувствительности оборудования, регистрирующего гравитационные волны, вместе с новыми детекторами в Индии и Японии, приведет к огромному скачку вперед с точки зрения того, сколько таких событий мы сможем обнаружить. Это невероятно интересно и должно открыть новую эру в астрофизике".

Чтобы рассчитать постоянную Хаббла, необходимо знать расстояние до астрономических объектов, а также скорость, с которой они удаляются. Анализ гравитационных волн показывает, как далеко до места столкновения. Чтобы определить, с какой скоростью удаляется галактика, в которой произошло столкновение, астрономы измеряют величину красного смещения, то есть то, как длина волны света, производимого источником, растягивается при движении. По мнению авторов, взрывы света, сопровождающие столкновения, позволят точно определить красное смещение галактики, в которой произошло столкновение.

"Если наши предположения верны, многие из этих столкновений не вызовут взрывов — черная дыра поглотит звезду, не оставляя следов. Но в некоторых случаях небольшая черная дыра сначала разорвет нейтронную звезду, прежде чем поглотить ее, оставляя за пределами дыры материю, которая испускает электромагнитное излучение", — продолжает доктор Фини.

Из двух существующих вариантов оценки скорости расширения Вселенной "звездный" метод более удобный, так как для него, в отличие от измерения микроволнового фона, не нужно задействовать полную теорию Вселенной. Однако для того, чтобы решить, какой из двух способов более точный, нужен еще хотя бы один независимый метод проверки, которым, по мнению авторов, может стать предложенный ими метод.