В измерении расширения Вселенной могут помочь столкновения нейтронных звезд

В последние годы астрономия переживает некоторый кризис: хотя мы знаем, что Вселенная расширяется, и даже примерно знаем, с какой скоростью, два основных способа измерения этого расширения не совпадают. Астрофизики предлагают новый метод, который может помочь разрешить это противоречие.

О новом методе рассказывают в Институте Нильса Бора, передают OstanniPodii.com.

О том, что Вселенная расширяется, мы знаем с тех пор, как Эдвин Хаббл и другие астрономы около 100 лет назад измерили скорости ряда окружающих галактик. Галактики во Вселенной "несутся" друг от друга в результате этого расширения и, следовательно, отдаляются друг от друга.

Чем больше расстояние между двумя галактиками, тем быстрее они удаляются друг от друга, и точная скорость этого движения является одной из самых фундаментальных величин в современной космологии. Число, описывающее расширение, называется "постоянная Хаббла" и фигурирует во множестве различных уравнений и моделей Вселенной и ее составных частей.

Проблема Хаббла

Поэтому для понимания Вселенной мы должны знать постоянную Хаббла как можно точнее. Для ее измерения существует несколько методов, которые взаимно независимы, но, к счастью, дают почти одинаковый результат.

Почти одинаковый. Самый интуитивно понятный метод - это, в принципе, тот самый, что использовали Эдвин Хаббл и его коллеги сто лет назад: найти кучу галактик и измерить их расстояния и скорости. На практике это делается путем поиска галактик со взорвавшимися звездами, так называемыми сверхновыми. Этот метод дополняется другим методом, анализирующим неоднородности так называемого космического фонового излучения -- древней формы света, возникшей вскоре после Большого взрыва.

Эти два метода -- метод сверхновых и метод фонового излучения - всегда давали несколько разные результаты. Но любые измерения сопровождаются погрешностями, и еще несколько лет назад эти погрешности были достаточно существенными, чтобы можно было обвинить их в несовпадении результатов.

Однако по мере совершенствования методов измерений неопределенности уменьшались, и сейчас астрономы достигли того уровня, когда могут с высокой степенью уверенности утверждать, что оба варианта не могут быть правильными.

Корень этой "проблемы Хаббла" - неизвестные эффекты, систематически искажающие один из результатов, или намек на новую физику, которую еще предстоит открыть, - ныне является одной из самых горячих тем в астрономии.

Сталкивающиеся нейтронные звезды могут помочь найти ответ

Одна из самых больших проблем заключается в точном определении расстояний до галактик. Но в недавнем исследовании, опубликованном в журнале Astronomy & Astrophysics, Альберт Снеппен, аспирант по астрофизике в Центре космического рассвета Института Нильса Бора в Копенгагене, предложил новый метод измерения расстояний, который может помочь разрешить имеющееся несоответствие.

"Когда две сверхкомпактные нейтронные звезды, которые сами по себе являются остатками сверхновых, выходят на орбиту друг друга и в конце концов сливаются, происходит новый взрыв, так называемая килоновая", - объясняет Альберт Снеппен. "Недавно мы продемонстрировали, что этот взрыв удивительно симметричен [опубликовано в журнале Nature ], и оказалось, что эта симметрия не только хороша, но и невероятно полезна".

В третьем исследовании, которое только что было опубликовано в The Astrophysical Journal, Снеппен показывает, что килоновые, несмотря на всю их сложность, могут быть описаны одной температурой. И оказывается, что симметрия и простота килоновых позволяет астрономам точно определить, сколько света они излучают.

Сравнивая эту светимость с тем, сколько света достигает Земли, исследователи могут вычислить, на каком расстоянии от Земли расположена килонова. Таким образом, они получили новый, независимый метод расчета расстояния до галактик, содержащих килоновы.

Доцент Центра космического рассвета, соавтор исследования Дарач Уотсон объясняет: "Сверхновые, которые до сих пор использовались для измерения расстояний до галактик, не всегда излучают одинаковое количество света. Кроме того, они требуют, чтобы мы сначала откалибровали расстояние с помощью другого типа звезд, так называемых Цефеид, которые, в свою очередь, также должны быть откалиброваны. С помощью килоновых мы можем обойти эти сложности, вносящие неопределенность в измерения".

Подтверждение одного из двух методов

Чтобы продемонстрировать возможности метода, астрофизики применили его к килоновой, открытой в 2017 году. В результате постоянная Хаббла оказалась ближе к методу фонового излучения, но сможет ли метод с килоновыми решить проблему Хаббла, исследователи пока не решаются утверждать.

"Пока у нас есть только один пример, и нужно еще много примеров, прежде чем мы сможем установить надежный результат", - предупреждает Альберт Снеппен. "Но наш метод по крайней мере позволяет обойти некоторые известные источники неопределенности и является очень "чистой" системой для изучения. Он не требует ни калибровки, ни корректирующих коэффициентов".