Зіткнення чорних дір можуть допомогти виміряти швидкість розширення Всесвіту

Чорна діра зазвичай є тим місцем, де інформація зникає, але вчені, можливо, знайшли трюк, щоб використати її останні миті, щоб розповісти нам про історію Всесвіту.

Про це повідомляють в Чиказькому університеті, передають OstanniPodii.com.

У новому дослідженні, опублікованому в журналі Physical Review Letters, астрофізики виклали метод використання пар чорних дір, які зіштовхуються, для вимірювання швидкості розширення Всесвіту і, таким чином, зрозуміти, як він розвивався, з чого складається та куди рухається.

Зокрема, вчені вважають, що нова техніка, яку вони називають "спектральною сиреною", може розповісти нам про невловні "підліткові" роки Всесвіту.

Одна з основних наукових суперечок, що тривають зараз, полягає в тому, наскільки швидко розширюється Всесвіт — це число називається сталою Хаббла. Різні методи, доступні на сьогодні, дають трохи різні відповіді, тому вчені прагнуть знайти альтернативні способи вимірювання цієї швидкості. Перевірка точності цього числа є особливо важливою, оскільки впливає на наше розуміння таких фундаментальних питань, як вік, історія та склад Всесвіту.

Нове дослідження пропонує спосіб зробити такий розрахунок, використовуючи спеціальні детектори, що вловлюють космічні відлуння зіткнень чорних дір.

Іноді дві чорні діри зазнають зіткнення одна з одною — ця подія настільки потужна, що вона буквально створює брижі у просторі-часі, які поширюється по всьому Всесвіту. Тут, на Землі, Обсерваторія гравітаційних хвиль лазерного інтерферометра  (LIGO) в США та італійська обсерваторія Virgo можуть вловити ці пульсації, які називаються гравітаційними хвилями.

За останні кілька років LIGO та Virgo зібрали свідчення про зіткнення майже 100 пар чорних дір.

Сигнал від кожного зіткнення містить інформацію про те, наскільки масивними були чорні діри. Але сигнал подорожує космосом, і за цей час Всесвіт розширюється, що змінює властивості сигналу. “Наприклад, якщо взяти чорну діру та помістити її раніше у Всесвіті, сигнал зміниться, і вона буде виглядати як більша чорна діра, ніж є насправді”, - пояснив співавтор роботи Деніел Хольц.

Якщо вчені зможуть знайти спосіб виміряти, як змінився сигнал, вони зможуть розрахувати швидкість розширення Всесвіту. Проблема полягає у калібруванні: як дізнатися, наскільки він змінився у порівнянні з початковим?

Новини за подібною темою:

		"Вебб" виявив, що чорні діри швидко зупиняють зореутворення у масивних галактиках
		У нашій галактиці знайдено наймасивнішу чорну діру зоряної маси
		Астрономи виявили крихітну чорну діру, яка неодноразово пробиває газовий диск більшої чорної діри

У своїй новій роботі Хольц та перший автор Хосе Марія Ескьяга пропонують використовувати наші нові знання про всю популяцію чорних дір як інструмент калібрування. Наприклад, сучасні дані свідчать про те, що більшість виявлених чорних дір мають масу від 5 до 40 разів більшу за масу нашого Сонця. “Тож ми вимірюємо маси чорних дір, які знаходяться поблизу, і розуміємо їх особливості, а потім дивимося далі та бачимо, наскільки сильно змістилися ті, що знаходяться далі. І це дає можливість оцінити розширення Всесвіту”, - говорить Ескьяга, постдокторант програми стипендій НАСА імені Ейнштейна та науковий співробітник Інституту космологічної фізики імені Кавлі, який працює з Хольцем в Чиказькому університеті.

Автори назвали метод "спектральною сиреною" — це новий підхід до методу "стандартної сирени", який розробили Хольц зі співавторами. (Назва є відсиланням до методів "стандартної свічки", що також використовуються в астрономії).

Вчені піднесені, тому що в майбутньому, у міру розширення можливостей LIGO, цей метод може дати унікальне вікно у "підліткові" роки Всесвіту — близько 10 мільярдів років тому — які важко вивчити іншими методами.

Дослідники можуть використовувати космічний мікрохвильовий фон, щоб зазирнути у найраніші моменти існування Всесвіту, і вони можуть подивитися на галактики поблизу нашої власної галактики, щоб вивчити більш недавню історію Всесвіту. Але проміжний період більш важкодоступний, і він є галуззю особливого наукового інтересу.

“Саме в цей час ми перейшли від темної матерії, яка була домінантною силою у Всесвіті, до темної енергії, яка взяла верх, і ми дуже зацікавлені у вивченні цього критичного переходу”, - каже Ескьяга.

Іншою перевагою цього методу, за словами авторів, є менша невизначеність, спричинена прогалинами у наших наукових знаннях. “Використовуючи всю популяцію чорних дір, метод може калібрувати себе, безпосередньо виявляючи та виправляючи помилки”, - сказав Хольц. Інші методи, що використовуються для розрахунку сталої Хаббла, спираються на наше поточне розуміння фізики зірок і галактик, яке включає багато складних підходів фізики й астрофізики. Це означає, що результати вимірювань можуть бути сильно спотворені, якщо ми чогось не знаємо.

На відміну, новий метод для чорних дір спирається майже виключно на теорію гравітації Ейнштейна, яка добре вивчена та протистоїть усім способам, якими вчені намагалися перевірити її досі.

Чим більше у них буде показань від усіх чорних дір, тим точніше буде калібрування. “Нам потрібні переважно тисячі таких сигналів, які ми повинні отримати за кілька років, а ще більше — протягом наступного десятиліття або двох”, - каже Хольц. “На той момент це був би неймовірно потужний метод вивчення Всесвіту”.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Чорні діри
• розширення Всесвіту
• гравітаційна хвиля