Столкновения черных дыр могут помочь измерить скорость расширения Вселенной

Черная дыра обычно является тем местом, где информация исчезает, но ученые, возможно, обнаружили трюк, чтобы использовать ее последние мгновения, чтобы рассказать нам об истории Вселенной.

Об этом сообщают в Чикагском университете, передают OstanniPodii.com.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters, астрофизики изложили метод использования пар сталкивающихся черных дыр для измерения скорости расширения Вселенной и, таким образом, понять, как она развивалась, из чего состоит и куда движется.

В частности, ученые считают, что новая техника, которую они называют "спектральной сиреной", может рассказать нам о неуловимых "подростковых" годах Вселенной.

Один из основных продолжающихся сейчас научных споров состоит в том, насколько быстро расширяется Вселенная — это число называется постоянной Хаббла. Различные методы, доступные на сегодняшний день, дают несколько разные ответы, поэтому ученые стремятся найти альтернативные способы измерения этой скорости. Проверка точности этого числа особенно важна, поскольку влияет на наше понимание таких фундаментальных вопросов, как возраст, история и состав Вселенной.

Новое исследование предлагает способ произвести такой расчет, используя специальные детекторы, улавливающие космические эхо столкновений черных дыр.

Иногда две черные дыры сталкиваются одна с другой — это событие настолько мощное, что оно буквально создает рябь в пространстве-времени, которая распространяется по всей Вселенной. Здесь, на Земле, Обсерватория гравитационных волн лазерного интерферометра (LIGO) в США и итальянская обсерватория Virgo могут уловить эти пульсации, называемые гравитационными волнами.

За последние несколько лет LIGO и Virgo собрали свидетельства о столкновении почти 100 пар черных дыр.

Сигнал от каждого столкновения содержит информацию о том, насколько массивными были темные дыры. Но сигнал путешествует по космосу, и за это время Вселенная расширяется, что изменяет свойства сигнала. «Например, если взять черную дыру и поместить ее раньше во Вселенной, сигнал изменится, и она будет выглядеть как большая черная дыра, чем на самом деле», - пояснил соавтор работы Дэниел Хольц.

Если ученые смогут найти способ измерить изменившийся сигнал, они смогут рассчитать скорость расширения Вселенной. Проблема заключается в калибровке: как узнать, насколько он изменился по сравнению с начальным?

В своей новой работе Хольц и первый автор Хосе Мария Эскьяга предлагают использовать наши новые знания о всей популяции черных дыр как инструмент калибровки. Например, современные данные свидетельствуют о том, что большинство обнаруженных черных дыр имеют массу от 5 до 40 раз больше массы нашего Солнца. «Итак, мы измеряем массы находящихся поблизости черных дыр и понимаем их особенности, а затем смотрим дальше и видим, насколько сильно сместились находящиеся дальше. И это позволяет оценить расширение Вселенной», - говорит Эскьяга, постдокторант программы стипендий НАСА имени Эйнштейна и научный сотрудник Института космологической физики имени Кавли, который работает с Хольцем в Чикагском университете.

Авторы назвали метод "спектральной сиреной" — это новый подход к методу "стандартной сирены", который разработали Хольц с соавторами. (Название является отсылкой к методам "стандартной свечи", также используемым в астрономии).

Ученые вдохновлены, потому что в будущем, по мере расширения возможностей LIGO, этот метод может дать уникальное окно в "подростковые" годы Вселенной – около 10 миллиардов лет назад – которые трудно изучить другими методами.

Исследователи могут использовать космический микроволновой фон, чтобы заглянуть в самые ранние моменты существования Вселенной, и они могут посмотреть на галактики вблизи нашей собственной галактики, чтобы изучить недавнюю историю Вселенной. Но промежуточный период более труднодоступный, и он является отраслью особого научного интереса.

«Именно в это время мы перешли от темной материи, которая была доминантной силой во Вселенной, к возобладавшей темной энергии, и мы очень заинтересованы в изучении этого критического перехода», - говорит Эскьяга.

Другим преимуществом этого метода, по словам авторов, является меньшая неопределенность, вызванная пробелами в наших научных знаниях. «Используя всю популяцию черных дыр, метод может калибровать себя, непосредственно обнаруживая и исправляя ошибки», - сказал Хольц. Другие методы, используемые для расчета постоянной Хаббла, опираются на наше текущее понимание физики звезд и галактик, включающее много сложных подходов физики и астрофизики. Это значит, что результаты измерений могут быть сильно обезображены, если мы чего-то не знаем.

В отличие, новый метод для черных дыр опирается почти исключительно на теорию гравитации Эйнштейна, хорошо изученную и противостоящую всем способам, которыми ученые пытались проверить ее до сих пор.

Чем больше у них будет показаний от всех черных дыр, тем точнее будет калибровка. «Нам нужны предпочтительно тысячи таких сигналов, которые мы должны получить через несколько лет, а еще больше - в ближайшее десятилетие или два», - говорит Хольц. «На тот момент это был бы невероятно мощный метод изучения Вселенной».

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.