684
Уявіть, що замість звичайної «лінійки» для вимірювання Всесвіту астрономи користуються… катастрофічним зіткненням двох нейтронних зірок. Саме так зробила міжнародна команда, про яку розповідає Universe Today: вони перетворили космічну катастрофу на інструмент для вимірювання швидкості розширення Всесвіту.
Що відомо коротко
- Всесвіт постійно розширюється, і цю швидкість описує стала Габбла–Леметра, фундаментальний параметр космології.
- Різні методи дають несумісні значення цієї сталої, що створює проблему, відому як «напруга Габбла».
- Команда з університету Свінберна та CSIRO виміряла розширення Всесвіту, спостерігаючи зіткнення двох нейтронних зірок і його післясвітіння.
- Вони поєднали дані радіотелескопів, космічного телескопа Hubble та гравітаційних хвиль, щоб отримати нове значення сталої.
- Результат поки що менш точний за класичні методи, але краще узгоджується з «раннім» Всесвітом і заперечує деякі радикальні зміни космології.
Як ми взагалі міряємо розширення Всесвіту
Щоб зрозуміти, наскільки швидко розбігаються галактики, астрономам потрібно знати дві речі: як далеко вони розташовані та з якою швидкістю від нас віддаляються. Проблема в тому, що Всесвіт настільки великий, що однією «лінійкою» тут не обійтися.
Тому вчені користуються так званою космічною драбиною відстаней. Це як набір різних мірок: маленька рулетка для кімнати, більша — для будинку, і ще більша — для цілого міста.
На перших «щаблях» драбини — паралакс найближчих зірок (геометричний метод) та «стандартні свічки» — змінні зорі Цефеїди й наднові типу Ia. Вони дозволяють вимірювати відстані до об’єктів на десятки мільйонів світлових років. На основі таких спостережень, зокрема за допомогою телескопа Hubble, отримали одну оцінку швидкості розширення Всесвіту.
Останній «щабель» — це вимірювання космічного мікрохвильового фону (CMB), слабкого «відлуння» Великого вибуху. Його карта, створена супутником Planck, дала інше значення сталої Габбла–Леметра, трохи менше за «пізньовсесвітнє».
Ці два підходи — ранній Всесвіт (CMB) і пізній Всесвіт (наднові) — не збігаються в межах похибок. Це і є «напруга Габбла»: або помиляється один із методів, або ми чогось фундаментально не розуміємо у фізиці.
Нейтронні зірки як нова «космічна лінійка»
Нове дослідження пропонує ще один спосіб — використати злиття нейтронних зірок як незалежний «щабель» драбини. Нейтронна зірка — це надщільний уламок масивної зорі, що вибухнула надновою. Коли дві такі зорі обертаються одна навколо одної і зрештою зливаються, простір-час буквально тремтить, випромінюючи гравітаційні хвилі.
Ці хвилі несуть інформацію про енергію події та її відстань. Якщо до цього додати спостереження електромагнітного спалаху — світла та радіовипромінювання від зіткнення, — можна отримати ще точнішу оцінку.
Команда, очолювана дослідниками зі Свінбернського університету технологій (Swinburne University of Technology) та австралійської організації CSIRO, вивчала наслідки зіткнення двох нейтронних зірок. Вони використали дані High Sensitivity Array (глобальної мережі радіотелескопів), астрометрію з Hubble та інформацію про гравітаційні хвилі.
Зіткнення було настільки потужним, що викинуло в космос струмені високоенергетичних частинок. Коли ці струмені врізалися в навколишній газ, вони світилися впродовж місяців. Саме це післясвітіння команда аналізувала майже рік, використовуючи два різні масиви радіотелескопів у США та Європі.
Що показало нове вимірювання
Отримане значення сталої Габбла–Леметра поки що менш точне, ніж класичні оцінки з наднових або космічного мікрохвильового фону. Але воно вже точніше за попередні спроби, які спиралися лише на гравітаційні хвилі.
Найцікавіше те, що це нове «пізньовсесвітнє» вимірювання краще узгоджується з «ранньовсесвітнім» значенням, отриманим із CMB, ніж з оцінками на основі наднових. Тобто незалежний метод, що використовує зіткнення нейтронних зірок, схиляється на бік раннього Всесвіту.
Деякі астрономи припускали, що обидва набори вимірювань можуть бути правильними, якщо ми змінимо базові уявлення про космологію — наприклад, про темну енергію чи еволюцію Всесвіту. Але новий результат, за словами дослідників, доволі сильно виступає проти таких радикальних сценаріїв.
Він натомість натякає, що, можливо, проблема криється у деталях одного з методів вимірювання, а не в самій структурі космологічної теорії. Водночас автори підкреслюють: щоб робити остаточні висновки, потрібно спостерігати більше подібних злиттів нейтронних зірок.
Чому це важливо для розуміння Всесвіту
Швидкість розширення Всесвіту — це не просто число в підручнику. Вона впливає на оцінку віку космосу, на те, як формувалися галактики, і навіть на те, як поводяться темна матерія та темна енергія.
Якщо різні методи дають різні значення, це або вказує на приховані систематичні помилки в спостереженнях, або натякає на нову фізику. Тому кожен незалежний спосіб вимірювання, особливо такий незвичний, як гравітаційні хвилі від злиття нейтронних зірок, — це ще один важливий тест для наших теорій.
Нове дослідження не ставить крапку в суперечці, але додає вагомий аргумент у бік того, що базова картина космології може бути правильною, а «напруга Габбла» — наслідком тонких похибок у деяких спостереженнях. Попереду — ера, коли детектори гравітаційних хвиль і великі телескопи зможуть регулярно фіксувати подібні події.
FAQ
Це вже остаточно розв’язує проблему «напруги Габбла»?
Ні. Нове вимірювання лише додає ще одну точку даних, яка підтримує значення, отримані з раннього Всесвіту. Але через відносно велику похибку воно поки не може остаточно вирішити суперечку. Для цього потрібні десятки подібних подій.
Чому зіткнення нейтронних зірок вважають надійною «лінійкою»?
Форма гравітаційної хвилі від такого злиття безпосередньо пов’язана з енергією події та відстанню до неї. Якщо одночасно бачити й електромагнітний спалах, можна незалежно оцінити, як далеко сталася подія, і порівняти це з червоним зсувом галактики, де вона відбулася.
Чи можуть майбутні спостереження змінити нинішній висновок?
Так. Кожне нове злиття нейтронних зірок, зафіксоване гравітаційними хвилями та телескопами, уточнюватиме значення сталої Габбла–Леметра. З часом це або зміцнить нинішній результат, або покаже, що він був випадковим збігом.
Що буде, якщо «напруга Габбла» все ж виявиться реальною, а не помилкою вимірювань?
Тоді фізикам доведеться переглянути деякі ключові елементи космологічної моделі. Це може стосуватися властивостей темної енергії, поведінки темної матерії або навіть фундаментальних законів гравітації на космічних масштабах.
Те, що Всесвіт можна «переміряти» за допомогою вибухового злиття двох нейтронних зірок, показує, наскільки креативною стала сучасна астрономія — ми перетворюємо найекстремальніші події космосу на точні наукові інструменти, які допомагають перевірити самі основи нашого розуміння реальності.
Зіткнення нейтронних зірок допомогло виміряти розширення Всесвіту з’явилася спочатку на Цікавості.
